On date l'invention du thermomètre par Galilée autour de 1590. Mais ce n'est que depuis le milieu du XVIIe siècle que l'homme observe le climat par des mesures quantitatives et systématiques. Il aura fallu attendre, entre temps, la mise au point de thermomètres standardisés. Depuis, la cohérence et la précision des observations météorologiques n'ont cessé de s'améliorer. Au XVIIe siècle et en Europe, grâce à l'apparition des premiers réseaux d'observation des sociétés savantes.

Qu'est-ce que le climat ?

La détermination du climat d'une région de la Terre repose sur l’analyse statistique du temps qu’il a fait chaque jour durant une longue période, au moins trente ans. En effet, seule une telle durée permet de s’affranchir des fluctuations du temps d'une année sur l'autre. Le climatologue, à l'inverse du météorologue, s’intéresse donc aux valeurs moyennes des paramètres atmosphériques : température de l’air, pluviosité, force et direction des vents… Il tient compte aussi de la fréquence des événements : vagues de froid ou de chaleur, inondation ou sécheresse… Comme l'explique Sylvie Joussaume, chercheur au CNRS, « ce sont tous les caractères statistiques du temps, moyennes et écarts à la moyenne, qui définissent le climat de chaque région de la planète » (Climat d'hier à demain, CNRS Éditions).

Le climat sous influence

L'inclinaison des rayons du Soleil, lorsqu'ils frappent le sol terrestre, est à l'origine des trois grandes zones climatiques (intertropicales, tempérées, polaires) de notre planète. Connu depuis l'Antiquité, ce lien entre le climat et l'inclinaison des rayons du Soleil a d'ailleurs donné naissance au mot climat (du grec Klima, inclinaison). La circulation atmosphérique, notamment les vents, conditionne également le climat. De même que l'océan, la biosphère, la forme et le relief des continents, ou encore l'effet de serre. Face à la complexité et au caractère global des éléments mis en jeu, géographes, physiciens, chimistes, océanographes, statisticiens… unissent leurs efforts pour tenter de mieux connaître le climat de la Terre.

Du local au global

Pour observer le climat de la Terre, deux types de mesures sont effectuées en permanence.
* D'une part, des mesures locales qui consistent à évaluer – à partir d'appareils adaptés ( baromètre, thermomètre...) et en des points précis de l'atmosphère –, des grandeurs physiques comme la température ou l'humidité ; il existe depuis plus d'un siècle, un réseau mondial de stations de mesures.
* D'autre part, des mesures plus globales qui visent à suivre et à comprendre les mouvements des masses d'air et des courants sur toute la planète ; elles sont possibles depuis vingt ans, grâce à des satellites géostationnaires (à 36 000 km d'altitude) spécialisés dans l'observation du temps.
Ces diverses mesures intéressent les organismes de prévision météorologique mais aussi les scientifiques qui, à partir des données recueillies sur le climat présent, tentent de comprendre le passé et de prévoir l'avenir des climats.
Pour les mesures locales, le réseau mondial de stations de mesures qui existe depuis plus d'un siècle dispose de 9 000 stations météorologiques et de 5 000 navires marchands qui récoltent toutes les six heures les données à la surface de la planète.
De nombreuses observations en altitude sont également effectuées au moyen de sondes emportées par des ballons. Ceux-ci, en raison de leur maniabilité et de leur faible coût sont très utilisés dans les campagnes de mesures locales des programmes scientifiques. En 1979, une grande campagne de mesures par ballons-sondes avait ainsi permis de comprendre les processus déclencheurs de la mousson localisés dans les mille premiers mètres de l'atmosphère.
Pour les phénomènes plus élevés dans l'atmosphère, il existe depuis 20 ans des satellites géostationnaires spécialisés dans l'observation du temps. Placé au-dessus de l'Afrique, Météosat permet, par exemple, d'observer la couverture nuageuse ou d'estimer la force et la nature des vents. Depuis 1992, le satellite franco-américain Topex-Poseïdon mesure la hauteur du niveau de la mer (à quelques centimètres près) en 500 000 points du globe tous les dix jours. Il a été très utile pour la détection et la compréhension d'El Niño, un phénomène naturel de réchauffement des eaux du Pacifique qui se produit tous les trois ou quatre ans, et duquel résulte une succession d'anomalies climatiques (inondations ou sécheresses) dans les régions tropicales.

Mieux connaître les océans

Le succès de ce satellite, qui sert plus généralement à la cartographie des courants, sera suivi par le lancement dans les quinze à vingt prochaines années d'une série de petits satellites appelés Jason, qui devront combler les retards pris par l'observation marine. De fait, malgré l'effort des navires marchands qui mesurent la salinité et la température de l'eau et la présence de bouées munies de divers détecteurs, il existe encore des zones entières pour lesquelles on ne dispose d'aucune mesure (par exemple, dans l'océan Pacifique).
Pourtant, on sait aujourd'hui que les océans, qui couvrent 71 % de notre planète, influencent très fortement le climat général de la Terre. Les satellites permettront donc rapidement de mieux connaître son état de surface. Mais pour sonder les milliers de mètres d'eau en dessous, rien ne remplacera les campagnes océanographiques qui, depuis 1870 (date du départ de la première expédition baptisée Challenger), apportent des données précieuses sur la température, la salinité et la pression des eaux marines. Données de plus en plus accessibles grâce, cette fois, aux progrès technologiques des appareils d'exploration sous-marine.

Interpréter le passé

Tirer les leçons des climats passés pour mieux comprendre les phénomènes climatiques actuels : tel est le principal objectif de la paléoclimatologie. Pour reconstruire les climats passés, les paléoclimatologues, qui ne disposent d'aucune mesure ancienne de paramètres météorologiques, doivent faire appel à d'autres sources d'information. Ils explorent tout ce qui dans l'environnement garde en mémoire des indices climatiques : cernes de bois, carottes de glace, carottes de sédiments, récifs coraliens, grains de pollen. La paléoclimatologie a permis de montrer que le climat avait maintes fois changé dans le passé et ce, de manière naturelle, c'est-à-dire sans aucune perturbation d'origine humaine.

Prédire le futur

Pour prédire l'évolution du climat, les chercheurs développent des modèles informatiques qui permettent de suivre dans le temps et dans l'espace divers paramètres (vent, température de l'air ou de l'océan, précipitations…). Cela passe par une mise en équation des phénomènes climatiques à partir de lois physiques. Les calculs sont effectués par des ordinateurs très puissants.
Pour développer de tels outils de prévision, les climatologues doivent faire face à de nombreuses difficultés : diversité des échelles des phénomènes rencontrés, complexité des interactions entre les divers composants de l'environnement. En outre, ils doivent gagner la confiance des profanes. Les prévisions climatiques déçoivent souvent mais doit-on les condamner pour autant ? Leurs erreurs viennent des incertitudes qui tiennent à la nature même du climat ?