Quelles sont les projections climatiques pour l'échéance 2100 ?

La réponse de

Auteur Pascale Braconnot

Pascale Braconnot

Pascale Braconnot est chercheure CEA au Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE-IPSL) et spécialiste de la modélisation du climat et de la paléoclimatologie. Elle a notamment coordonné le développement du modèle numérique complet du système Terre de l’IPSL. Elle a participé à la rédaction des chapitres « Comprendre et attribuer le changement climatique » et « Evaluation des modèles climatiques » des 4ème et 5ème rapports du GIEC et a reçu, en 2009, la Médaille Milutin Milanković de l’European Geophysical Union

Centre national de la recherche scientifique
Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat
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Explorer le futur

Le climat futur ne sera certainement pas une simple extrapolation des variations climatiques actuelles du climat actuel. La principale raison est que l’activité humaine, via les émissions de gaz à effet de serre, perturbe fortement l’équilibre énergétique de la planète. Cette perturbation affecte les principaux processus régissant la dynamique et la thermodynamique de l’atmosphère, de l’océan, des surfaces continentales et de leurs interactions. De simples extrapolations de ce que l’on a connu pour définir le climat futur sont donc hasardeuses. Les lois de la physique et des modèles simples d’équilibre énergétique indiquent que si l’on augmente l’effet de serre, la température globale augmente, mettant en marche les rétroactions élémentaires comme celle de l’humidité dans l’atmosphère, qui renforce l’augmentation de l’effet de serre et, de là, le réchauffement. Mais au-delà de cette affirmation, que peut-on dire de plus précis ? Au fur et à mesure des avancées scientifiques, il ne s’agit plus simplement de connaître les grandes caractéristiques moyennes du climat, mais aussi d’entrevoir les modifications de la variabilité climatique d’une année ou d’une décennie à l’autre, d’identifier de possibles modifications ou augmentations de fréquence d’événements climatiques extrêmes ou suffisamment forts pour avoir des répercussions sur la société, ou de mettre en exergue de possibles risques de rupture dans le fonctionnement du climat.

Les modèles de climat sont devenus des outils prospectifs incontournables. La représentation tridimensionnelle du fonctionnement énergétique de la planète, des transports de chaleur ou d’eau, des interactions entre les climats et les cycles biogéochimiques offrent la possibilité de caractériser le climat et les événements météorologiques suivant différents scénarios. Il est par exemple possible d’étudier si, dans un climat plus chaud, les passages dépressionnaires qui apportent les précipitations depuis l’océan Atlantique sur la France suivront les mêmes routes qu’actuellement et si les précipitations associées seront plus ou moins intenses. Les modèles permettent de réaliser de nombreuses expériences numériques pour tester l’influence de différentes perturbations. Que se passe-t-il lorsque l’on double la teneur en dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère ? Que se passe-t-il si on augmente les émissions des particules fines ? Que se passe-t-il si l’on utilise les terres pour l’agriculture en réduisant les zones de végétation naturelle ? Les modèles offrent ainsi de nombreuses possibilités d’exploration des caractéristiques globales, continentales, voire régionales du climat.

Cet aspect exploratoire est reflété par l’expression « projection climatique ». Ce mot projection permet de ne pas oublier que les résultats dépendent des hypothèses formulées sur les perturbations appliquées au climat. Les simulations correspondantes ne sont donc en aucun cas réalistes, mais permettent de susciter la réflexion et de comprendre comment le climat évolue dans différents contextes. La crédibilité des résultats vient de la compréhension du fonctionnement de la physique et de la capacité des modèles à représenter les principaux processus régissant la dynamique et la thermodynamique du climat.

Hypothèses et projections

Du point de vue du climat, ce n’est pas directement la quantité de gaz à effet de serre émise dans l’atmosphère qui est importante pour son fonctionnement, mais la façon dont ce gaz modifie l’équilibre énergétique de la planète. Cette perturbation énergétique, ou perturbation radiative, se mesure par le déséquilibre radiatif induit au sommet de l’atmosphère (forçage radiatif) qui constitue la variable de référence permettant de mesurer l’impact de l’activité humaine sur le climat. En pratique, différentes combinaisons des facteurs anthropiques peuvent conduire à une même perturbation radiative globale. C’est sur ces bases que l’ensemble de simulations du projet international CMIP51, dont les publications ont servi de référence au cinquième rapport du GIEC, a été défini.

La figure 1 montre l’évolution de la perturbation radiative pour différentes trajectoires d’évolution des concentrations de gaz à effet de serre dans l’atmosphère (les RCP, Representative Concentration Pathways). Ces quatre RCP définissent différentes ampleurs possibles de la perturbation radiative (en W/m2) à l’horizon 2100. Ainsi le RCP 8.5 indique une perturbation de 8.5 W/m2 par rapport à la période préindustrielle (1860). Notons que, le CO2 étant un gaz à longue durée de vie, maintenir une concentration constante dans l’atmosphère implique une réduction des émissions. Le scénario RCP 2.6 sous-entend de fortes réductions des émissions de gaz à effet de serre. Il a été conçu comme un scénario permettant de maintenir avec une bonne probabilité l’augmentation de la température globale en dessous de 2°C, ces 2°C représentant le seuil de température utilisé dans les négociations internationales sur le climat. Ces quatre options sont issues d’un ensemble beaucoup plus vaste réalisé à partir de modèles intégrés climat-économie. En déterminant les niveaux d’émission de gaz à effet de serre et d’aérosols (ou les concentrations atmosphériques associées), ainsi que les caractéristiques des surfaces agricoles qui aboutiraient aux perturbations radiatives des RCP, ces modèles permettent d’explorer rapidement les grandes conséquences de nos orientations en matière d’émissions de GES. Ce sont les niveaux d’émission des GES et aérosols, les caractéristiques des surfaces agricoles, … calculés pas ces modèles climat-économie qui sont imposés aux modèles de climat pour caractériser la trajectoire climatique de chaque RCP.

<p>Evolution du forçage radiatif au sommet de l’atmosphère (W/m<sup>2</sup>) projeté pour les 4 <span class="caps">RCP</span> de référence entre les années 2000 et 2100.</p>




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Bien que les modèles ne cessent de progresser, ils ne représentent pas de façon réaliste toutes les facettes du climat. L’incertitude due à la façon dont les modèles sont construits peut être caractérisée en considérant les mêmes simulations réalisées avec un jeu de différents modèles. Les résultats les plus récents issus du projet CMIP5 proviennent d’une quarantaine de modèles développés par une vingtaine de groupes de modélisation.

Quel monde en 2100 ?

Dans tous les cas, l’évolution future présentée sur la figure 2 est marquée par une augmentation de la température globale de la planète avec, en 2100, un contraste marqué suivant l’hypothèse socio-économique retenue. Ainsi, la synthèse des différentes publications présentées dans le 5e rapport du GIEC indique que, si l’on prend comme référence la période 1986-2005, le scénario RCP 8.5 conduit à un réchauffement compris entre  2.6°C–4.8°C. Pour le RCP 2.6, l’estimation la plus probable se situe entre 0.3°C–1.7°C. Ce scénario est le seul qui permette de maintenir la température en dessous du seuil des 2°C par rapport à la période préindustrielle, sachant que l’augmentation de température a été de 0,7°C-0.8°C entre la période préindustrielle et la période 1986-2005. A cette augmentation de température est associée une augmentation globale de l’humidité de l’atmosphère d’environ 7% °C-1 (7% par degré d’augmentation de température) conformément à la loi de Clausius-Clapeyron qui régule la quantité d’eau dans l’atmosphère en fonction de la température. L’augmentation des précipitations est estimée à 1–3% °C-1 pour les RCP 4.5, RCP 6 et RCP 8.5 et 0.5–4% °C pour le RCP 2.6. 

<p>Evolution de la température globale de l’air à 2 m d’altitude entre 1950 et 2100 pour les simulations historiques et celles des scénarios <span class="caps">RCP</span> 2.6 et 8.5 estimée à partir de l’ensemble multi-modèle <span class="caps">CMIP5</span>. Les chiffres indiquent le nombre de modèles considérés pour déterminer la moyenne d’ensemble et les barres d’erreur des différentes courbes. Les barres de droite indiquent les estimations multi-modèles des changements moyens et leur incertitude pour la période 2081-2100 pour les 4 <span class="caps">RCP</span> de référence. Les valeurs représentent une différence à la moyenne de la période 1986-2005.</p>




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La répartition géographique de ces changements globaux présente des variations régionales marquées (Figure 3). Les changements de température sont de 1.4 à 1.7 fois plus élevés sur le continent que l’océan. Un facteur similaire est estimé à partir de simulations numériques du dernier maximum glaciaire, pour lequel le changement de température globale de l’ordre 3-6 °C. Ce facteur est confirmé par les reconstructions climatiques, ce qui permet de vérifier à la fois la crédibilité des reconstructions et la capacité des modèles à représenter des climats différents du climat actuel. Le réchauffement est également plus marqué en Arctique. En Antarctique, ce phénomène d’amplification polaire est moins présent qu’au Nord car, du fait de la circulation zonale très marquée et d’un fort mélange vertical dans l’Océan circumpolaire, la chaleur se répartit en profondeur et les eaux de surface se réchauffent moins, freinant ainsi la fonte des surfaces englacées. Notons aussi que la vitesse du réchauffement actuel est très supérieure à celle de la dernière déglaciation. Une amplitude de réchauffement comparable à celle de la dernière transition entre un climat glaciaire et interglaciaire est projetée en 100 ans pour les RCP4.5 et RCP6.0 alors qu’elle s’est produite en 10 000 ans lors de la dernière déglaciation.

<p>Changement absolu de température (en °C, à gauche) et changement relatif de précipitation (en %, à droite) exprimés en chaque point du globe par °C de réchauffement global de façon à mettre en relief la structure géographique des changements simulés à l’horizon 2100 (moyenne des années 2081 à 2100 par rapport à celle des années 1986-2005). Ces cartes ont été estimées à partir de la moyenne d’ensemble des cartes obtenues  individuellement par chaque modèle. Les pointillées indiquent les régions où 95% des modèles sont en accord.</p>




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La moyenne globale des précipitations masque aussi de grandes disparités géographiques entre les régions voyant leurs précipitations augmenter et les régions s’asséchant (figure 3). Il est ainsi fort probable que les précipitations augmenteront dans les moyennes latitudes via l’augmentation d’humidité dans l’atmosphère et du transport d’humidité depuis les régions tropicales. Les zones arides des régions tropicales et subtropicales, ainsi que certaines régions des moyennes latitudes (comme la Méditerranée) ont en revanche toutes les chances de voir leurs précipitations diminuer. 

Les événements forts ou extrêmes ont en général un fort impact sur l’environnement et la société et justifient des analyses dédiées. Un exemple est fourni sur la figure 4 pour les précipitations. Conformément à ce que l’on comprend du fonctionnement de l’atmosphère, une augmentation des précipitations intenses est attendue dans un climat plus chaud. Les régions tropicales, où se développent déjà les systèmes convectifs les plus intenses, seront les plus touchées. On peut noter aussi que même des régions où le nombre de jours secs devrait augmenter peuvent aussi être affectées par des événements de précipitations plus intenses, comme par exemple dans le pourtour méditerranéen. 

<p>Changements relatifs simulés par rapport à la période 1981-2000 a) et b) du maximum annuel de précipitation cumulé sur 5 jours, en % et c) du nombre de jours secs consécutifs (taux de précipitation inférieur à 1mm), en jours. Pour le <em>panneau a</em>, les enveloppes donnent une indication sur la dispersion entre les résultats des différents modèles.  Les barres verticales sur ce <em>panneau a</em> indiquent que les résultats obtenus pour les tendances de précipitations intenses sont similaires à ceux rapportés dans  le 4ème rapport du <span class="taxonomy-tooltip-element" rel="taxonomy-tooltip-1"><span class="caps">GIEC</span></span> pour des scénarios légèrement différents. Les cartes montrent de grandes disparités régionales. Dans les tropiques, ces disparités sont liées à des modifications des régimes de mousson et de longueur de la saison sèche.</p>




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Ces changements sont associés à des modifications de la circulation de l’atmosphère et de l’océan et ont des implications pour la fonte des régions englacées et l’augmentation du niveau marin. Un élément à ne cependant pas perdre de vue est qu’à l’horizon 2100 le choix du scénario, qui relève de décisions politiques, est le principal facteur qui détermine l’ampleur de la perturbation climatique. Les résultats indiquent aussi que pour remplir les contraintes du scénario à plus faibles émissions (RCP 2.6), les puits naturels de carbone de l’océan et des surfaces continentales ne seront pas suffisant pas résorber les émissions de carbone d’origine anthropique. Suivre ce scénario implique qu’il faudra réduire les émissions anthropiques de manière drastique pour rester en dessous des 2°C d’augmentation de température à l’horizon 2100 par rapport au climat préindustriel.

Notes

  • 1. CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project – Phase 5) est un projet coordonné par le Programme mondial de recherche sur le climat. Ce projet fournit les protocoles permettant de pouvoir comparer les résultats d’expériences numériques des climats passés, actuels et futurs à l’aide de différents modèles dans un cadre relativement contraint. Les différentes études et publications scientifiques liées à ce projet ont servi de base pour le cinquième rapport du GIEC.

Glossaire

  • Forçage
    Cause interne ou externe à un système provoquant une perturbation d’un état d’équilibre. Par exemple, le forçage radiatif dû à l’augmentation des gaz à effet de serre dans l’atmosphère, depuis 150 ans, cause une augmentation de la température de l’air à la surface de la Terre.
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