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Dernière modification le 14-7-2021 à 17:34:42
Qu’est-ce ?
Les modèles climatiques sont des systèmes d’équations différentielles basés sur les lois fondamentales de la physique, du mouvement des fluides et de la chimie. Pour “exécuter” un modèle, les scientifiques divisent la planète en une grille tridimensionnelle, appliquent les équations de base et évaluent les résultats. Les modèles atmosphériques calculent les vents, le transfert de chaleur, le rayonnement, l’humidité relative et l’hydrologie de surface dans chaque grille et évaluent les interactions avec les points voisins.
Un modèle climatique est une modélisation mathématique du climat dans une zone géographique donnée. Historiquement, le premier modèle atmosphérique date de 1950, et a été testé sur le premier ordinateur existant, l’ENIAC. À la date du 4e rapport du GIEC (2007), le nombre de modèles indépendants utilisés par les différents laboratoires de climatologie à travers le monde étaient de 23.
De nombreux types de modèles varient en complexité. Les plus simples permettent d’avoir une très bonne compréhension de ce qui se passe, les plus complexes permettent d’approcher la réalité1
Comment ça marche?
Les premiers modèles de climat étaient extrêmement simples et se réduisaient à la circulation générale de l’atmosphère. Au fil des années, la compréhension de la machine climatique et des interactions entre les différents compartiments de l’environnement terrestres s’est considérablement améliorée. Les capacités des ordinateurs ne cessant de croître, il a été possible d’incorporer les nombreux processus dont des études ciblées ont montré l’importance dans le fonctionnement du climat. Les 2 figures ci-dessous, extraites du rapport 2007 du Le GIEC (Groupe d’Experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat) est une organisation qui a été mise en place en 1988, à la demande du G7 (groupe des 7 pays les plus riches : USA, Japon, Allemagne, France, Grande Bretagne, Canada, Italie). Appelez également IPCC (The Intergovernmental Panel on Climate Change)., montrent l’incorporation successive des divers processus dans les modèles et la palette des phénomènes pris en compte pour modéliser l’évolution du climat2.
Un modèle climatique est un programme informatique complexe qui représente aussi fidèlement que possible le comportement réel de notre climat. Pour y arriver, les experts de différents domaines scientifiques définissent les paramètres et les équations qui représentent les lois physiques régissant le climat. Ces équations proviennent principalement des lois physiques fondamentales comme la conservation de l’énergie ou les équations de la mécanique des fluides. D’autres paramètres ou relations sont issues des observations faites sur le terrain ces dernières dizaines d’années.
Ces lois sont ensuite traduites en lignes de code. Et c’est là qu’arrive la difficulté du modèle. Pour que l’ordinateur puisse faire ses calculs, on doit découper ce système complexe en un nombre fini de points. Pour cela, on utilise un maillage, on coupe la surface étudiée en plein de petits carrés.
Les premiers modèles climatiques globaux utilisaient une maille d’environ 500 km. La France ne comptait que pour 4 carrés. Maintenant, les modèles les plus performants utilisent une maille de 87 km. Comme les modèles climatiques comprennent l’océan et l’atmosphère. Ils ne se contentent pas d’une grille au niveau du sol, mais ont également plusieurs couches dans l’atmosphère et dans les océans. La grille et les différentes couches définissent plein de petits cubes dans lesquels les paramètres seront évalués par le programme.
Avec les résolutions actuelles, il y a plusieurs millions de petits cubes. Regardez l’évolution dans le temps des modèles climatiques, demande des milliers de milliards de calculs et on comprend vite que c’est une des sciences les plus gourmandes en puissance de calcul3
Pourquoi est-ce important ?
Les modèles climatiques sont le principal outil utilisé pour faire des projections du changement climatique futur afin d’éclairer les décisions d’adaptation et d’atténuation. Il est donc nécessaire de réduire les incertitudes liées aux forçages pour mieux quantifier leur impact sur le système climatique physique. Ils sont également important pour déterminer plus précisément les causes de changement climatique, pour connaître quelles parts peuvent être imputées à l’humain (anthropique). Ils offrent un moyen unique d’évaluer à quoi le climat terrestre pourrait ressembler dans trente, cinquante ou cent ans4.
Questions actuelles, débats, controverses
“On ne peut pas croire les modèles climatiques alors qu’on n’arrive pas prévoir exactement le temps qu’il fera demain…”.
La météo n’est pas le climat !
Ce qui dissocie la météo du climat, c’est aussi bien une composante temporelle qu’une composante spatiale. Un événement météorologique se produit sur le pas de nos portes, dans l’heure, la journée ou la semaine pour les plus grosses perturbations. On parle de climat lorsque sont considérés une série d’événements météorologiques sur une longue période. Il n’y a pas de durée précise, mais les climatologues évoquent souvent une période d’au moins 30 ans qui leur permet d’établir une moyenne significative. Ainsi la dernière période de référence s’étend-elle de 1981 à 2010 5.
Les modèles de prévision météorologique sont des modèles atmosphériques. Ils calculent l’évolution de la circulation atmosphérique à partir de la température de l’air, de l’humidité de différents hydrométéores (cristaux de glace, pluie, neige, …), des échanges radiatifs, des phénomènes de turbulence et de convection. Les valeurs initiales sont de l’instant t, et le modèle calcule la météo pour les quelques jours suivants, mais au-delà, la prédiction de la météo nécessite la prise en compte des autres acteurs du climat, l’océan et la biosphère notamment6.
Le climat est un système couplé, l’océan et l’atmosphère interagissant sur plusieurs échelles de temps. À l’échelle interannuelle, la prévision des événements El Niño par exemple ne nécessite que le couplage de l’atmosphère et de l’océan de surface. Mais à l’échelle séculaire, pour simuler le climat, il faut prendre en compte les courants océaniques profonds. La prédiction climatique se base sur les données passées et actuelles et prend en compte les temps de réponse des différentes composantes de la machine climatique6.
Et en Suisse ?
La Suisse produit essentiellement des modèles météo.
- Le système de prévision COSMO : www.meteosuisse.admin.ch/home/systemes-de-mesure-et-de-prevision/systemes-d-alertes-et-de-previsions/Le-systeme-de-prevision-cosmo.html
- Quand les modèles nous jouent des tours : www.meteosuisse.admin.ch/home/actualite/meteosuisse-blog.subpage.html/fr/data/blogs/2021/4/erreurs-des-modeles.html
- Scénarios climatiques pour la Suisse : www.meteosuisse.admin.ch/home/actualite/infos/scenarios-climatiques.html
- Changement climatique Suisse : www.meteosuisse.admin.ch/home/climat/changement-climatique-suisse.html
Compléments web
- Infographie “Qu’est-ce qu’un modèle climatique ?” : www.insu.cnrs.fr/fr/les-modeles-climatiques
- Les modèles climatiques sont-ils fiables? : bonpote.com/les-modeles-climatiques-sont-ils-fiables/
- Histoire de la modélisation climatique (2010) : www.semanticscholar.org/paper/History-of-climate-modeling-Edwards/411cee316ad1ffcce9a0fe7cdc3ec3be28712f90
- Que valent les modèles climatiques? (2010) : scnat.ch/fr/uuid/i/36dfac67-cb7f-57c7-993f-23a9f29f0254-Que_valent_les_mod%C3%A8les_climatiques%3F
- Qu’est-ce qu’un modèle climatique ? Quels sont leurs premières conclusions ? : jancovici.com/changement-climatique/predire-lavenir/quest-ce-quun-modele-climatique-quels-sont-leurs-premieres-conclusions/
- Excellent lien en français: www.manicore.com/documentation…
- Très complet mais en anglais: nca2014.globalchange.gov/repor…
- Interview sur le passeur de science: passeurdesciences.blog.lemonde…
- Sur la différence entre climat et météo: www.futura-sciences.com/magazi…
- Pourquoi est il possible de calculer des tendances climatiques sur une longue durée, alors que la météo échoue sur de tels horizons temporels (en) : skepticalscience.com/chaos-the…
- Phénomènes physiques pris en compte (en) : eo.ucar.edu/staff/rrussell/cli…
- Les scénarios Representative Concentration Pathway. Le GIEC a étudié 4 scénarios de trajectoire du forçage radiatif jusqu'à l'horizon 2300, appelés RCP2.6, RCP4.5, RCP6 et RCP8.5. Le chiffre associé à un RCP (2.6, 4.5, 6 et 8.5) ne correspond donc pas à une élévation de température, mais à un forçage radiatif, en W/m² (en) : cig.uw.edu/learn/climate-change/ et fr.wikipedia.org/wiki/Sc%C3%A…
- Sur la fiabilité des modèles climatiques : www.skepticalscience.com/clim…
Compléments vidéos
Les modèles climatiques
Par “Le Réveilleur”.
Dans cette vidéo on s’intéresse aux modèles climatiques. Elle commence par différencier météo et climat pour comprendre pourquoi on peut prédire le climat au long terme mais pas la météo. Ensuite on regarde ce qu’est un modèle climatique, qui les fabrique, comment ils fonctionnent, comment ils sont vérifiés et ce qu’ils nous apprennent sur le climat de demain.
La modélisation du climat
Références et sources
- wikipedia fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3%A8le_climatique
- www.sauvonsleclimat.org/images/articles/pdf_files/etudes/Poitou-climat2.pdf
- Vidéo “le Réveilleur” présentée dans cette page également
- www.pnas.org/content/118/23/e2016549118
- Climat ou météo, quelle différence: www.futura-sciences.com/planete/questions-reponses/meteorologie-climat-meteo-difference-5922/
- Prédiction climatique et prévision météorologique, quelle différence ?: www.futura-sciences.com/planete/questions-reponses/climatologie-prediction-climatique-prevision-meteorologique-difference-5972/