Modélisation et réchauffement climatique

ACT1 : Le modèle climatique

Un modèle est une représentation simplifiée, souvent numérique, du système étudié. L’impossibilité de mener des expériences réelles sur le système climatique a conduit à produire des modèles sur lesquels il est possible d’expérimenter.

Il est possible de construire un modèle simplifié de l’évolution de la température en fonction des paramètres suivants, à l’aide de l’application ÉduModèles :

• Variations de l’albédo
• Effet de serre
• Puissance solaire reçue

Les valeurs proviennent de mesures réelles (puissance solaire, albédo), mais aussi de mesures empiriques.

La démarche scientifique

Dans l’étude du climat, la démarche expérimentale classique ne suffit pas. Les scientifiques font appel à des modèles globaux du climat. Le cœur du modèle numérique repose sur des lois physiques, chimiques et biologiques connues.

Les climatologues imposent des paramètres d’entrée au modèle qui calcule alors des variables de sortie permettant d’estimer le climat des décennies et des siècles futurs. Pour tester la validité d’un modèle, les chercheurs confrontent les résultats aux observations météorologiques actuelles et aux archives paléoclimatiques.

Paramétrage des modèles

Pour moduler la variable « effet de serre », il faudrait ajouter des variables décrivant les teneurs en GES (CO2, N2O, CH4 et H2O) et pouvoir évaluer mathématiquement leur contribution respective à l’effet de serre en se basant sur leur concentration et leur PRG (Pouvoir de Réchauffement Global).

Pour la variable « albédo », il faut ajouter des variables décrivant les proportions des différentes surfaces réfléchissantes du globe (nuages, glaces, déserts, océans, végétation) ainsi que leur valeur d’albédo respective.

Émissions de carbone et réchauffement

Depuis les premières alertes de la communauté scientifique et la création du GIEC en 1988, un mouvement, dit climato-sceptique, conteste la réalité et l’origine anthropique (liées aux émissions de carbone) du réchauffement climatique.

Les émissions de CO2

• Les émissions de carbone sont liées à la combustion d’énergies fossiles et aux procédés industriels ; elles sont exprimées en milliards de tonnes de carbone (Gt).
• En 2019, les émissions de CO2 atteignent 38,0 milliards de tonnes, soit une multiplication par 2,4 depuis 1970. Ces émissions sont issues à 39 % de la combustion de charbon, 30 % pour le pétrole, 19 % pour le gaz naturel et 12 % pour les procédés industriels (ex: transformation de calcaire en chaux).
• Le rejet de 1 Gt de CO2 équivaut à 0,128 ppm de CO2.
• La teneur atmosphérique en CO2 en 2018 était de 408 ppm contre environ 325 ppm en 1970 (augmentation de 83 ppm). On estime que 55 % environ de nos rejets sont assimilés par l’environnement (puits de carbone forestiers et océaniques).

Preuves de l'origine anthropique

On observe que la température moyenne globale a varié de façon cyclique depuis 800 000 ans, en corrélation avec la teneur en CO2. Cependant :

• Le taux de CO2 actuel est nettement supérieur aux valeurs maximales des derniers 800 000 ans.
• Depuis −10 000 ans, la tendance était à un refroidissement climatique qui s’est brutalement inversé très récemment.
• L’augmentation actuelle de la température est simultanée à l’augmentation de la teneur en CO2 dans l’air.

L’évolution réelle de la température correspond aux simulations qui intègrent les rejets anthropiques de GES, alors que les simulations qui ne tiennent pas compte de nos rejets indiquent une stabilisation. On peut donc dire que le réchauffement actuel est bien lié aux activités humaines émettrices de GES.

En s’appuyant sur des observations et les résultats des modélisations, les climatologues concluent à la responsabilité humaine dans le réchauffement climatique. Depuis 150 ans, les gaz à effet de serre (CO2, CH4, N2O) sont rejetés en masse par les activités humaines.