"Le climat sous surveillance" était le thème des conférences-débats "Oser le savoir" du mois de juin. C'est dans ce cadre que cette conférence a été réalisée avec Monsieur Robert Kandel.

Monsieur Robert Kandel est directeur de recherche au CNRS, directeur de recherche au Laboratoire de météorologie dynamique au CNRS à l'Ecole polytechnique. New-Yorkais de naissance, Parisien d'adoption, il a fait ses études à l'université de Harvard ainsi qu'à Paris et à Meudon. Il a enseigné l'astrophysique à l'Observatoire de Meudon à la NASA, au département de physique et d'astronomie à l'université de Boston. Il a également enseigné la climatologie et l'observation spatiale de la Terre au CNRS au service d'aéronomie, ainsi qu'au laboratoire de météorologie dynamique. Il a publié de nombreux articles de vulgarisation et des rapports de recherche. Il est membre du comité de rédaction de "La Science au présent", et a participé à l'ouvrage collectif "L'astronomie" publié chez Flammarion de Jean-Claude Pécoeur en signant l'article "Le soleil, les planètes, la Terre". Il a également publié plusieurs ouvrages, "Le devenir des climats" chez Hachette, ouvrage traduit en anglais, portugais et japonais, qui a reçu le prix Robert Val section grand public. Il a également publié "L'incertitude des climats" chez Hachette et "Les eaux du ciel". En 1999, Monsieur Robert Kandel a reçu le Prix de la Culture scientifique et technique du Ministère de l'Education Nationale et de la Recherche.

Robert Kandel
Je vais vous parler des réalités et risques du réchauffement planétaire, des changements climatiques et des parades possibles. Dans cette question il y a un certain nombre de faits établis. En premier lieu il y a eu un réchauffement au XXe siècle, modeste, pas du tout catastrophique, et nous ne comprenons pas encore toutes ses causes. Il y a eu également au XXe siècle, et ça a commencé bien avant, une modification de la composition de l'atmosphère de la Terre due aux activités humaines, et là il n'y a pas de doute. Et puis un autre fait tout à fait établi, il y a tout lieu de penser que cette modification de la composition de l'atmosphère terrestre qui va dans le sens d'un réchauffement, contribue tout au moins au réchauffement que nous avons vu, et la poursuite de cette modification soulève le risque d'un réchauffement plus prononcé au cours du XXIe siècle.

Il y a donc là un certain nombre de faits établis et un certain nombre de questions de recherche. Si on veut trouver des parades, soit en limitant notre transformation de la composition de l'atmosphère, soit en s'adaptant aux changements climatiques, soit encore en faisant une combinaison des deux, ou en essayant de faire de l'ingénierie climatique ce qui est peut-être encore du domaine de la science fiction, là il y a des questions de société qui se posent certainement.

Premièrement, la réalité du réchauffement. On a commencé à faire depuis quelques temps une sorte d'archéologie du climat, de paléoclimatologie sur les périodes récentes, le dernier millénaire, c'est tout récent dans l'histoire de la Terre. Lorsqu'on cherche à établir quelle a été l'histoire de la température moyenne à la surface du globe, on a l'impression qu'il y a vraiment du nouveau sur la Terre depuis la fin du XIXe siècle. Il s'agit d'une reconstruction de cette température moyenne, qui comporte encore beaucoup d'incertitudes, mais on a l'impression que depuis l'an 1000 au moins et jusque vers 1850-1900 il y avait une tendance au refroidissement avec des fluctuations importantes comme au XVe siècle, ce qu'on appelle le petit âge glaciaire.

Et puis, à partir de 1850, il y a eu une remontée rapide de la température moyenne à la surface du globe, remontée qui ressemble vraiment à un décrochage, à un nouveau phénomène sur la Terre. Sur une échelle qui irait de ‑1 à +1° on aurait l'impression d'un réchauffement de plus d'un demi degré depuis 1850. En la matière beaucoup d'incertitudes persistent parce qu'on n'avait pas de station météo ni de bonne technologie au XVe siècle. Durant la période qui correspond à l'existence d'au moins un certain nombre de stations météo, de services météorologiques, ‑ rappelez-vous que le service météorologique en France a été créé après un désastre naval lors de la guerre de Crimée, et on n'a pas de service météo depuis trois siècles ‑ les années ne se ressemblent pas de manière uniforme, il y a des années plus ou moins chaudes, mais de manière générale il y a eu effectivement un réchauffement planétaire depuis 1860. Ce réchauffement a été assez fort entre 1910 et 1940 où la température était moyenne à la surface du globe après une période de stagnation, et puis un réchauffement rapide depuis 1975 à peu près. Ce qui nous semble des caricatures de ce que peut être le climat, parce que mettre toute la Terre sur une seule courbe couvre un tas de choses possibles, mais les climatologues statisticiens qui se sont occupés de la fabrication de courbes historiques sont des gens sérieux qui ont su trouver les solutions à de nombreux problèmes qui existent pour établir ces courbes.

Les technologies changent, la répartition des stations météo change et, en particulier, un phénomène très net qu'il ne faut pas négliger lorsqu'on cherche à faire quelque chose sur le climat à l'échelle de la planète, c'est le phénomène du réchauffement urbain. Il y a une île de chaleur à Paris, et dans toutes les grandes villes, qui se développe depuis plus d'un siècle du fait, tout simplement qu'en hiver on chauffe les maisons de plus en plus, on a des voitures qui dégagent de la chaleur, on a des industries, et ce réchauffement urbain est un casse-tête pour les climatologues. Cependant, ils ont su attaquer le problème. Mais ces courbes sont des caricatures parce que le climat est tout de même une question de région.

Concernant les anomalies de température, c'est-à-dire l'écart de la température moyenne d'une année, par exemple en 1999 la moyenne sur l'année, mais région par région, par rapport à la température moyenne sur une période de trente ans dont la période de référence est de 1961 à 1990, les climatologues raisonnent généralement en périodes de trente ans. On ne peut pas raisonner sur une année seule, un événement exceptionnel, même une série d’événements exceptionnels. Le climat est quelque chose de beaucoup plus général, et lorsqu'on parle de réchauffement planétaire, ou de réchauffement climatique, il ne s'agit pas de dire que l'été a été chaud et qu’on constate un réchauffement planétaire. Il faudrait qu'il y ait une dizaine d'années d'été chaud pour qu'on commence à parler d'anomalie climatique. Et en 1999 il a fait plus chaud que la moyenne, on dit souvent la normale mais les gens entendent des choses avec "normale". Il est normal que le climat varie, ce ne serait vraiment pas très normal qu'il y ait chaque jour la même chose. Par rapport à la moyenne, le réchauffement urbain, durant cette année, n'a pas joué un grand rôle. Il y a eu pas mal de réchauffement, évidemment les climatologues ont pris la précaution d'éliminer le problème du réchauffement urbain à Paris, dans la Ruhr, à Berlin, à Moscou, et puis il y a les régions où on n'a pas assez de données pour le dire, où il n'y a pas suffisamment de stations météo, et il y a même des régions où la température était plus faible que la moyenne de référence.

Ceci concernait l'année 1999, mais si on regarde ce qui s'est passé en 1998 et 1999 on constate des points de ressemblance entre les anomalies de température. Si on regarde les anomalies de précipitations, parce que le climat c'est aussi la pluie, là ça a pas mal changé. 1998 était une année assez arrosée sur toute la partie ouest des Etats-Unis, sur une grande partie de la Chine, également sur une partie de l'Europe de l'Est, et pas du tout en 1999, et l'année 2000 promet d'être particulièrement sèche sur une grande partie des Etats-Unis. Si on regarde les anomalies de température année par année, de 1986 à 1997 par exemple, durant certaines de ces années il a fait froid dans certaines régions, en 1987 surtout sur la Russie, mais également en Allemagne et en Grande Bretagne, cette année-là a été plus froide que la moyenne, 1989 a été une année plus froide que la moyenne sur la partie Est de l'Amérique du Nord.

Ces dispositions d'anomalie de régions chaudes et de régions froides changent d'une année à l'autre, ce qui est tout à fait normal, ce n'est pas parce qu'il y a eu une période froide en 1993 sur la partie Atlantique Nord de l'Amérique qu'il n'y a pas eu de réchauffement planétaire. Il y a eu un réchauffement planétaire, mais il y a des hauts et des bas sur ce réchauffement. Le réchauffement planétaire fait que le dernier quart du XXe siècle a été nettement plus chaud en moyenne que le dernier quart du XIXe, mais il y a des variations, des fluctuations d'une année à l'autre, il ne faut pas les négliger. Et si on observe mois par mois une année comme 1997, on constate que le mois de janvier a été un peu froid en Grande Bretagne, en Europe occidentale et dans l'Est des Etats-Unis, et le mois de février, en revanche, a été chaud par rapport à la moyenne des mois de février. C'est le travail que font les climatologues, et ça peut changer d'un mois à l'autre. En 1997, en juillet, août, septembre, octobre, novembre et décembre, toute une région a été anormalement chaude à l'Est du Pacifique équatorial, ce qui a continué en 1998, il s'agit du phénomène "el Niño". Tout ceci pour montrer la réalité du changement climatique avec ses complexités, ce n'est pas tout simplement une question de réchauffement.

Un autre phénomène : la transformation de l'atmosphère. Durant l'année géophysique internationale on a établi une station de mesures de la composition de l'atmosphère sur la montagne Mauna Loa à Hawaii. En 1957 il y avait 315 parties par million de gaz carbonique, de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, c'est-à-dire 315 centimètres cube de CO² par mètre cube d'air. C'est peu, on sait très bien que l'air est constitué d'azote et de l'oxygène, et l'azote et l'oxygène composent 99 % de l'atmosphère, et le CO² est peu en masse mais c'est très important. Et avec les années le CO² a augmenté, aujourd'hui en 2000 on a dépassé les 364. La photosynthèse des forêts de l'Eurasie, de la Sibérie, des forêts de l'Amérique du Nord prend du CO² de l'atmosphère et fabrique de la matière organique, du carbone par exemple, et de l'oxygène, mais pendant l'hiver la respiration domine, l'oxydation et de nouveau une augmentation du CO², et on constate que l'activité humaine a déjà modifié le CO² dans l'atmosphère de façon beaucoup plus significative qu'elle ne modifie l'activité de photosynthèse sur l'ensemble des forêts des continents de l'hémisphère nord. Tandis qu'au pôle sud rien ne pousse sur l'Antarctique, et les effets des saisons sur les forêts sont très dilués lorsque ça arrive là-bas. En revanche, en Alaska et en Scandinavie, régions où le rythme saisonnier est beaucoup plus fort, on constate toujours l'augmentation de CO², mais avec une oscillation plus forte. Mais de toute manière, il y a une augmentation de CO² qui correspond à peu près à la moitié du CO² que nous produisons en brûlant des carburants fossile, par exemple le charbon, le pétrole et gaz naturels.

Par ailleurs, les résultats de l'analyse isotopique de la composition de ce CO², carbone 12 qui est la forme largement majoritaire sur la Terre, et le carbone 14 qui est une forme radioactive de durée de vie très courte, produite de manière naturelle dans l'atmosphère par les rayons cosmiques mais qui disparaît au bout d'un certain temps, montrent que le CO² ajouté est très pauvre dans ce carbone radioactif parce que ce sont des carburants fossiles isolés des rayons cosmiques pendant des millions d'années. Il n'y a donc pratiquement que du carbone 12 là-dedans. Un certain nombre de choses démontrent donc vraiment sans aucune doute que ce CO² ajouté est essentiellement dû à la combustion de carburants fossiles.

Il est possible d'observer ce phénomène en utilisant d'autres types de mesures, en particulier en utilisant une technique qui a été développée surtout par les glaciologues à Grenoble, maintenant adoptée par d'autres, établie surtout à partir des calottes glaciaires, c'est-à-dire les neiges d'antan qui se sont accumulées durant des années, des bulles d'air sont piégées à l'intérieur. Et déjà en 1850 on était vers 280, ça a monté lentement, et puis ça s'est accéléré. Il y a d'autres gaz, le méthane par exemple, ce gaz naturel. Pourquoi le méthane augmenterait-il ? Pour pas mal de raisons, d'une part, lorsqu'on fait les forages de pétrole, du méthane s'échappe qui, dans certains cas, est exploité, liquéfié, exporté ou capté dans des gazoducs. Parfois il est tout simplement brûlé comme dans les torchères en Arabie Saoudite, et quelquefois il y a des fuites dans les gazoducs mal entretenus.

Mais le méthane est également produit par des bactéries dans des milieux où il n'y a pas d'oxygène, par exemple les marécages, les rizières inondées, et les estomacs des bovins. Depuis cette époque, on observe une augmentation formidable de la population humaine, donc de l'étendue des surfaces cultivées, en particulier pour le riz, et également une augmentation remarquable de la population bovine pour nourrir les humains, et le méthane a plus que doublé. Il y a d'autres gaz, le protoxyde d'azote, le gaz hilarant, qui est lié sans doute à des questions d'engrais, et puis des CFC, les fréons. Leur fabrication a débuté en 1938, fabrication qui a été arrêtée au moins dans les pays qui suivent les accords de Montréal de 1987, ce qui touche le problème de la couche d'ozone. Mais pour l'instant les CFC sont toujours en augmentation parce qu'il y a encore pas mal de fréons dans les circuits de réfrigération et de climatisation, et lorsqu'ils arrivent à la casse quelquefois on les laisse s'échapper. C'est un problème surtout pour l'ozone et qui est lié à l'intervention de l'homme.

Les glaciologues à Grenoble ont réussi l'exploit d'extraire des bulles d'air qui datent de 10.000 ans, de 20.000 ans, de 100.000 ans, et même de 400.000 ans des neiges tombées en Antarctique, d'une carotte glacière en Antarctique. Ils ont réussi à convaincre la communauté scientifique de la réalité de la composition qu'ils déterminaient pour le passé, ils ont su développer des méthodes afin d'éviter la contamination au laboratoire. C'est une chose très difficile de dire que les bulles d'air que vous analysez sont vraiment des bulles d'air sans changement depuis 300.000 ans. Lorsqu'on remonte plus loin dans le passé, le CO² a varié énormément, il a baissé jusqu'à moins de 200 parties par million, il est remonté, il a baissé, et il a remonté. Depuis 400.000 ans il est généralement resté entre 180 et 200 parties par million, sauf que depuis 200 ans à peu près on l'a fait monter de 280 à 364, et cette montée s'est déroulée sur une durée très courte par rapport à ces 400.000 ans. Lorsqu'on observe les bulles d'air des derniers 400.000 ans, on n'a jamais vu 364 parties par million de CO². Les indications montrent que si on remonte beaucoup plus loin sur une Terre qui était très différente, il y avait davantage de CO². Mais dans un passé récent des derniers millions d'années, nous, les humains, sommes en train d'intervenir sur la composition de l'atmosphère, phénomène qui n'a jamais été observé antérieurement.

La même chose s'est produite pour le CH4, et toutes les variations indiquées correspondent à des variations climatiques du passé qui étaient très importantes, les glaciations, la température descendait en dents de scie, puis remontait, restant sur un niveau qui pour nous est confortable, et puis descendait et remontait. Et depuis 10, 15.000 ans nous sommes dans un monde où la quantité des glaces est réduite par rapport à ce qu'elle était il y a 20.000 ans car, à cette époque, les glaces recouvraient la Scandinavie, le Nord de la Grande Bretagne, tout le nord-est des Etats-Unis, et il y avait tellement d'eau dans cette glace sur les continents que les niveaux de la mer étaient plus bas de 120 mètres, et il s'est produit un changement remarquable. Mais actuellement nous sommes en train d'induire un changement remarquable tout au moins en ce qui concerne la composition de l'atmosphère.

En quoi ce phénomène serait-il important ? Le climat est constitué de deux grands processus. Le premier processus a un lien avec l'énergie, c'est une énorme machine thermique qui prend de l'énergie solaire, la transforme en chaleur, et s'en débarrasse. De l'énergie solaire arrive sans cesse, et il faut s'en débarrasser. Et tout n'est pas transformé en chaleur, il y a ce que j'appelle l'effet parasol, c'est-à-dire la réflexion d'une partie de l'énergie solaire. A peu près 30 %, est réfléchie par les nuages, l'air. Nous voyons le bleu du ciel mais on voit le bleu du ciel lorsqu'on est en haut également en avion, on voit le bleu du ciel qui voile à peu près tout, même s'il n'y a pas de nuage. C'est de la lumière solaire réfléchie vers l'espace, et puis les surfaces claires réfléchissent, la glace, le désert, beaucoup plus que les arbres, et tout cela réfléchit une partie de l'énergie solaire. Et si c'est réfléchi, ça repart vers l'espace et on ne s'en occupe plus, mais ce qui reste est transformé en chaleur, et il faut s'en débarrasser et la seule manière de le faire dans l'espace c'est avec les rayonnements infrarouges, mais c'est ici qu'intervient l'effet de serre. L'effet de serre c'est que l'atmosphère et les nuages piègent l'infrarouge, en renvoient une partie, ce qui fait que finalement pour se débarrasser de l'énergie solaire qui arrive, il faut que la surface soit plus chaude que l'atmosphère que l'on trouve à cinq, dix kilomètres d'altitude.

Cet effet de serre est absolument nécessaire pour notre confort, s'il n'y avait pas ce phénomène de piégeage de l'infrarouge, piégeage partiel, la température à la surface du globe serait plutôt aux alentours de ‑15, ‑20°, et nous trouvons plus agréable d'être à +15. Nous dépendons donc de l'effet de serre naturel. Mais le problème est que l'augmentation de certains gaz risque de renforcer l'effet de serre.

Un autre processus fondamental existe dans le climat, il s'agit du cycle de l'eau. On a toujours de l'énergie qui arrive du soleil, et on a donc toujours besoin de se débarrasser de cette énergie-là par rayonnement infrarouge, mais nous vivons avec un stock à peu près permanent d'eau sur la planète. Ce qui arrive aujourd'hui, et depuis pas mal d'années malgré quelques controverses, est négligeable, ce que nous perdons vers l'espace est également négligeable, nous vivons en stock fermé. Mais nous, qui habitons sur le continent, nous dépendons des eaux du ciel, de la pluie, et ça fait partie d'un cycle qui fait qu'il y a de l'eau qui s'évapore des mers, et une partie qui tombe sur les continents. La même chose d'ailleurs pour les neiges qui tombent sur les calottes glacières. Cette eau qui vient du ciel est extrêmement importante, même si pratiquement toute l'eau est ici, la masse d'eau des océans est de 1.350 millions de kilomètres cubes, il y a en moyenne 2.500 mètres d'eau dans les océans en profondeur moyenne sur toute la planète. Savez-vous quelle quantité d'eau il y a dans l'air, dans l'atmosphère, sous forme de vapeur d'eau, de nuages ? Si on prenait toute l'eau qu'il y a à un instant donné dans l'atmosphère, si on la transformait en liquide et si on la mettait autour de la Terre, on aurait 26 millimètres, c'est tout. Mais c'est parce que ça circule que nous pouvons vivre sur les continents.

Pourquoi le CO² serait-il important ? Et pas uniquement le CO², c'est tout ce qui se passe pour l'énergie, pour le rayonnement solaire et pour le rayonnement infrarouge, ça dépend en grande partie de ces gaz qui sont très minoritaires dans l'atmosphère. L'air donne le bleu du ciel, réfléchit une partie de l'énergie solaire, mais pour l'effet parasol, la réflexion de l'énergie solaire, ça dépend surtout des nuages qui sont des gouttelettes d'eau liquide et des cristaux de glace en suspension dans l'atmosphère. C'est une petite partie de ces 26 millimètres, et c'est ça qui peut faire varier la quantité d'énergie solaire transformée en chaleur. Concernant l'infrarouge, il se trouve que l'oxygène et l'azote ne jouent pratiquement aucun rôle, parce que ce sont des molécules très simples. L'azote dans l'air c'est N², deux atomes identiques, l'oxygène dans l'air c'est O², deux atomes identiques, et il se trouve que ça ne peut pratiquement rien faire dans l'infrarouge. Mais la vapeur d'eau c'est H²O, et c'est déjà une structure plus compliquée, deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène dans une molécule. Le CO², C et deux O, ou l'ozone, trois atomes d'oxygène, on commence à avoir la possibilité de faire tourner les molécules ou de faire vibrer les molécules, et c'est ce qui va absorber et réémettre de l'infrarouge. Le fait que nous changeons la composition de l'atmosphère dans le CO² n'est pas innocent, parce que le CO² joue un rôle dans l'évasion du rayonnement infrarouge.

Un spectre infrarouge c'est l'analyse en fonction de la longueur d'onde. L'arc-en-ciel, par exemple, est le spectre de la lumière solaire, la lumière visible avec les couleurs, et les différentes longueurs d'ondes existe aussi dans l'infrarouge. Bien sûr, nous n'y sommes pas directement sensibles, mais nous construisons des instruments qui nous permettent d'analyser ce spectre. Si nous observons la Terre depuis l'espace, par exemple d'un satellite au-dessus du Sahara à midi, moment où il fait très chaud en bas, nous voyons la signature de ces différentes molécules représentée par une courbe correspondant à +47° Celsius, et en fait on peut observer quelque chose qui est une signature de la composition du sable. On observe également la signature des bandes d'absorption dues à la vapeur d'eau, une grande empreinte de CO² à une certaine longueur d'ondes vers 15 microns, et une empreinte de l'ozone dans l'infrarouge. Il est clair que toutes ces molécules-là représentent beaucoup moins de 1 % de l'air, mais leur signature est visible, et si nous changeons le CO², nous risquons de changer l'évasion du rayonnement infrarouge qui est de l'énergie solaire transformée.

Nous avons en moyenne 342 watts par mètre carré qui arrivent sur la Terre en comptant jours et nuits, été et hiver sur toute la Terre, et les réfléchissant vers l'espace il y a le parasol surtout dominé par les nuages, mais pas uniquement, et puis tout cela est transformé en chaleur, et nous avons une température de surface qui va monter de 390 watts par mètre carré, mais pour que tout cela soit équilibré il y a l'effet de serre qui entre en jeu et, finalement, il n'y a que 240 watts qui s'échappent. Tout ce phénomène est lié au cycle de l'eau qui va modifier à la fois l'effet de serre et l'effet parasol.

La physique de base de tout ce phénomène est tout à fait établie, par exemple un fait incontesté c'est l'existence de gaz aussi rares que le CO² dont nous sommes en train d'augmenter la concentration atmosphérique et qui affecte le transport du rayonnement d'énergie dans l'atmosphère de la Terre. On peut donc soupçonner que l'augmentation du CO² dans l'atmosphère constatée au cours du XXe siècle, et même avant, n'est pas innocente dans l'augmentation hésitante et modeste de la température au cours de ce siècle. Mais il y a encore beaucoup, beaucoup de questions de recherche en cours, surtout si on veut répondre à la question concernant l'avenir. Certes, ce phénomène n'a pas été une catastrophe, il y a même des gens qui ont trouvé que le réchauffement du XXe siècle a été bénéfique à bien des égards, mais concernant le XXIe siècle allons-nous nous lancer sur une courbe ascendante ou descendante ? Beaucoup de choses restent encore à rechercher.

Concernant les climats, beaucoup de recherches sont effectuées, tout d'abord l'observation du présent puisque les instruments modernes n'existaient pas au XVIIIe siècle, même au XIXe, et même nous qui travaillons dans les disciplines de l'observation spatiale de la Terre nous disons toujours que l'instrument qui va réellement nous apporter les informations nécessaires n'est pas encore en orbite, ou il vient d'être lancé, ou il va l'être, c'est un projet que nous essayons de promouvoir. Le gros problème concernant l'observation du climat est que nous rencontrons des difficultés que nous cherchons à résoudre afin de répondre aux questions concernant l'avenir. L'observation c'est les stations météo, c'est in situ, là sur place, mais c'est aussi la télédétection avec des instruments sur satellite. Nous avons tout ce développement remarquable sur la connaissance du passé, et puis il y a la modélisation qui est intéressante parce qu'elle permet de lier le passé, le présent et le futur. Nous utilisons la modélisation pour la prévision du temps, pour comprendre ce qui se passe aujourd'hui, ou ce qui s'est passé hier, l'année dernière ou ce qui se passera l'année prochaine, mais tout ça c'est le présent. La modélisation est importante aussi pour voir si nous comprenons vraiment pourquoi le climat était différent dans le passé, pourquoi ces oscillations entre période glaciaire et période interglaciaire. Si nous voulons essayer d'envisager le futur, la modélisation est importante également. En particulier si nous voulons voir quelles sont les conséquences possibles de la poursuite de telle ou telle politique énergétique, ou de l'adoption de telle ou telle nouvelle politique, là aussi, nous utilisons la modélisation.

En quelque sorte, nous sommes en train de faire une expérience avec notre planète, puisque nous modifions la composition de l'atmosphère, c'est une expérience dans laquelle nous sommes, il serait peut-être intéressant de réaliser un certain nombre d'expériences numériques pour essayer de voir le résultat de telle ou telle action, et c'est également ça la modélisation, c'est aussi la possibilité de réaliser des expériences numériques.

Actuellement, nous disposons d'un système de satellites. L'Europe a lancé un MétéoSAT de plus sur la position de l'Océan indien qui n'a jamais bien été desservi, car le satellite russe qui a été lancé très en retard ne fonctionne pas très bien, le satellite chinois non plus, le satellite indien a marché un certain temps mais les résultats obtenus n'ont jamais été communiqués à la communauté scientifique. A un certain moment aux Etats-Unis on avait des problèmes avec les géostationnaires GOES, et l'Europe a prêté un MétéoSAT pour aider à l'observation, en particulier celle des cyclones. Ces systèmes continuent à évoluer, surtout des satellites météorologiques, mais il existe également des satellites pour étudier l'océan, pour la recherche, et il en existe des centaines maintenant.

De quelle manière réalise-t-on la modélisation ? Souvent, la modélisation a mauvaise presse. Elle se fait avec des équations bien établies, il s'agit de prendre des observations, des données, la température, l'humidité, le vent, partout sur la Terre, et là on dépend des observateurs et surtout des satellites. L'existence des satellites a révolutionné toute la question de la prévision parce que nous avons maintenant des observations là où il n'y a pas de station météo, sur les océans en particulier où très peu de mesures sont effectuées. Et on va établir quelle est la situation à un instant donné, et puis on calcule comment la situation doit évoluer en utilisant les équations de la physique qu'on connaît parfaitement bien. Le problème c'est que même avec tous les calculateurs, les ordinateurs modernes qui ont beaucoup avancé, ils n'ont pas une puissance infinie, et notre connaissance de l'état physique de l'atmosphère n'est pas infiniment fine. On est donc obligé de faire un découpage de l'atmosphère, et les équations sont transformées en programmes de calculs qui calculent les transferts d'énergie, non pas à l'échelle microscopique mais à l'échelle de cellules qui peuvent mesurer quelques dizaines, une centaine de kilomètres de côté, et un kilomètre d'épaisseur.

Evidemment, il y a là une schématisation qui comporte des risques, notamment sur certains modèles qui représentent le monde où quelques données n'apparaissent pas. Cette schématisation est nécessaire, mais il est vrai que certains aspects de la réalité n'apparaîtront pas. Encore plus grave, si nous prenons une cellule du modèle, avec température, pression, humidité, quantité d'eau liquide, ça recouvre encore une réalité complexe. Il y a peut-être plusieurs nuages, et un des gros problèmes de la modélisation de la prévision du climat c'est qu'il y a ce problème de l'eau. Il y a de l'eau liquide et solide dans l'atmosphère, dans les nuages, qui détermine la partie du rayonnement solaire qui est réfléchie. Il y a l'eau sous forme de vapeur, gazeuse, invisible pour nous mais qui absorbe de l'infrarouge, qui contribue à l'effet de serre, et il y a les processus qui transforment l'eau sous forme gazeuse en eau liquide et solide. Ces processus dépendent d'abord de ce qu'on appelle la convergence, comment l'atmosphère apporte l'eau dans telle cellule, et ça dépend de l'échelle planétaire, parce qu'il y a un transport à l'échelle planétaire, ou au moins à l'échelle de milliers et de milliers de kilomètres. Mais en même temps ce qui se passe dépend de ce qui se passe à l'intérieur des nuages, comment fabrique-t-on un nuage, comment fabrique-t-on une goutte de pluie, et cela dépend aussi de choses qui se passent à l'échelle microscopique, et la présence de particules liées à la pollution, en particulier, peut changer cette affaire-là.

Nous avons donc ce problème : comment représenter un processus qui dépend, d'une part de ce qui se passe à l'échelle planétaire et, d'autre part, de ce qui se passe à l'échelle microscopique, et c'est là que réside vraiment une source d'incertitudes majeures. Le résultat, lorsqu'on essaye de modéliser l'avenir et de voir quels sont les risques possibles, par exemple pour la température moyenne à la surface du globe, toujours cette caricature du climat parce que pour nous, à Paris, ce n'est pas la température moyenne à la surface du globe qui compte pour aujourd'hui, pour demain, pour cet été ou l'hiver prochain, ce qui compte pour nous c'est la température à Paris. Dans un cas, on a peut-être un degré de réchauffement en plus, mais un autre qui donne plus de 4° constitue un changement radical du climat. Et aujourd'hui existe un consensus, nous poussons à un réchauffement avec nos transformations de l'atmosphère, il y a un consensus mais il reste une incertitude extrêmement importante pour dire où est-ce qu'on va, est-ce qu'on va vers quelque chose qui sera un peu plus chaud, mais pas terriblement, ou vers quelque chose de radicalement différent ? 

Et il ne faut pas raisonner uniquement en terme de réchauffement, pour la pluie par exemple, sur Terre, parce qu'en première approximation on ne se soucie pas trop de la pluie qui retombe dans l'océan. Si on peut en croire les chiffres, bien qu'il ne soit pas facile d'établir un historique tel que celui-là, au cours du vingtième siècle il y a eu pas mal de pluie dans les années cinquante. Au Sahel on s'était habitué à vivre avec des pluies anormalement élevées qui ont disparu ensuite après avoir causé beaucoup de problèmes. Pour l'avenir la plupart des modèles, mais pas tous, indiquent davantage de pluie sur les terres, une intensification du cycle hydrologique. Ceci veut dire que ce que nous avons vu jusqu'ici est probablement un réchauffement, surtout depuis 1975, en raison de l'intensification de l'effet de serre, mais peut-être d'autres phénomènes ont-ils joué, le soleil peut-être, mais je pense que l'on peut dire en première approximation que le soleil est constant, c'est un sujet de débat, mais depuis 1975 le soleil est constant à 1 pour 1.000 près. Il y a cet effet parasol, les particules dues aux pollutions, qui a peut-être été important entre 1950 et 1975 et explique peut-être la stagnation du réchauffement pendant cette période-là. Mais il y a aussi des phénomènes dans l'océan dont, notamment, l'oscillation dans l'Atlantique Nord, il peut y avoir des fluctuations qui ne sont pas causées par un facteur externe, qui sont intrinsèques au système.

Donc, où allons-nous ? Cela dépend d'une autre question, quelle atmosphère en 2100 ? Parce que nous savons ce que nous avons fait au CO² jusqu'ici, et en particulier ce passage qui va de 280 à 364, mais allons-nous vers 400, 500, ou plus au cours du siècle qui commence ? La même chose pour le méthane, et pour l'avenir les risques dépendent beaucoup du cycle de l'eau, c'est-à-dire que le réchauffement sera important si en même temps que nous augmentons le CO², la vapeur d'eau augmente. Il y a quelques indications fournies par les modèles qui indiquent qu'avec le réchauffement il y a une intensification du cycle hydrologique et une humidification supplémentaire de l'atmosphère, ce qui est important parce que la vapeur d'eau, H²O, va aussi renforcer l'effet de serre. C'est important car si cela se passe ainsi on change le cycle de l'eau, on change les pluies et aussi l'évaporation, et pour la biosphère en général c'est le bilan qui compte, et pas seulement le réchauffement.

Par exemple, le résultat d'un modèle : sur une carte, un calcul modèle avec un scénario de changement d'air, qui compare le climat simulé de la période 2040-2070, trente ans, avec la période 1960-1990, en distinguant les saisons. On a observé un réchauffement plus important vers les pôles que vers les latitudes moyennes, ce qui ne veut pas dire qu'il va faire plus chaud aux pôles, cela veut dire que l'augmentation de la température sera plus importante, elle semble aller avec une diminution des pluies. Il y a des régions où les pluies diminuent, d'autres où les pluies augmentent. Les pluies ne sont pas du tout également réparties sur la Terre. A la fin du modèle, il y a le bilan entre pluies et évaporation qui va changer, le ruissellement, c'est-à-dire l'eau qui coule dans les rivière. L'eau douce qui est disponible va changer, et là encore dans les calculs, et ils ne sont pas tous en accord entre eux, on trouve une diminution du ruissellement dans une grande partie de l'Europe, sauf en Europe du Nord. On trouve une diminution du ruissellement c'est-à-dire de l'eau douce dont on a besoin pour l'agriculture, pour l'approvisionnement des populations, notamment dans une grande région dont la production est importante, en Amazonie, une diminution forte du ruissellement où il y a tout de même pas mal d'eau, ce qui est un peu inquiétant, et une augmentation, au contraire, en Chine, et une diminution dans certaines régions de l'Afrique.

Il faut tenir compte du fait que certains pays ont des ressources en eau douce qui sont différentes. Certains pays sont déjà en train d'exploiter une grande partie de leur eau douce disponible et une diminution de cette ressource pourrait soulever des problèmes très graves. J'ai d'ailleurs été assez surpris, la Belgique qui n'est pas un pays sec est en train d'exploiter à peu près 70 % de son eau douce disponible par personne. Il y a des pays, notamment l'Afrique du Nord, qui exploitent toute leur eau douce, 100 % ou 600 %. Ceci veut dire qu'en Libye, notamment, on exploite une eau qui n'est pas renouvelable, c'est de l'eau qui a été accumulée il y a des milliers d'années et qui est extraite maintenant. Il y a des régions des Etats-Unis où c'est le cas également. 

Concernant le renforcement de l'effet de serre on pense qu'on assistera assez rapidement à une intensification du cycle de l'eau, ce qui va modifier la carte de risques en ce qui concerne la sécheresse, les pluies fortes et les inondations, en ce qui concerne les tempêtes et les cyclones. Si on regarde la répartition plus ou moins moyenne, il y a des régions où tel type d'agriculture n'était pas bien adaptée, et il le sera adapté, tel type d'agriculture qui marchait bien ne sera plus adapté. Il y a des conséquences importantes pour l'agriculture, pour l'approvisionnement en eau des villes, et pour la biosphère naturelle. On peut dire que les agriculteurs peuvent s'adapter, mais la biosphère naturelle, les forêts ? Si à la limite sud de certaines forêts sibériennes les arbres meurent, c'est bien beau de dire que la forêt peut se déplacer au nord. Toute la forêt d'Europe centrale est venue depuis 15.000 ans, mais il faut un certain temps, si nous, nous modifions les conditions en cent ans, il faudra que nous déplacions des forêts, il faut prendre tout ça en charge, ce n'est pas simple.

On parle beaucoup d'un autre risque qui n'est pas mineur et qui va se passer plus lentement. Il s'agit d'une montée du niveau de la mer parce qu'avec le réchauffement il y a dilatation du volume des eaux. Concernant la glace, c'est plus complexe. Si le niveau de la mer monte, cela augmente les risques sur les côtes en cas de tempête, surtout par une marée très forte. Il y a bien sûr des questions d'inondations, notamment des terres humides et infiltration de la nappe phréatique. Concernant les événements extrêmes tels que les tempêtes, malgré tout ce qu'on a entendu dire, la communauté scientifique reste très prudente et apporte une réponse de Normand. Vous changez le climat, ou vous changez le cycle de l'eau, vous modifiez la répartition des tempêtes, mais ce n'est pas toujours dans le sens d'une catastrophe. Il y a risques d'aggravation des sécheresses dans certaines régions, d'inondations dans certaines autres, possibilités de diminution de l'ampleur de ces phénomènes ailleurs, ce qui est sûr est que ça va changer. Mais comment exactement, nous n'en sommes pas sûrs aujourd'hui, nous ne le savons pas aujourd'hui.

Il y a des régions où il y aura davantage de pluies, ou des pluies plus fortes, des chutes extrêmes, ce que nous avons vu concernant l'eau en automne dernier. Les inondations dans l'Aude, ce n'est pas une affaire sans précédent, il y a assez régulièrement des inondations de ce type, et en particulier il y en a eu en 1940, ce n'est donc pas exactement sans précédent. Durant les deux tempêtes de la fin 1999 on a enregistré les vents certainement les plus forts à Paris et d'autres villes depuis que l'on pratique des mesures. On pratique des mesures depuis 1923, donc on ne sait pas si de tels vents n'ont jamais existé en France. Il est probable, d'après les dégâts constatés dans les forêts qu'il n'y ait pas eu de tempête aussi violente lors des deux derniers siècle, encore faut-il se poser la question de savoir si les forêts n'ont pas changé d'état de santé pendant ces périodes-là. En ce qui concerne les cyclones, il s'est produit des choses dramatiques en 1998 et 1999, mais il y en a eu également en 1900 et en 1780.

Que pouvons-nous faire ? Limiter notre transformation de l'atmosphère, et les accords de Kyoto ont fixé un certain nombre d'objectifs bien modestes qui n'engagent que les pays développés, dont celui de réduire les émissions de CO² et d'autres gaz à effet de serre d'ici 2010 en prenant comme point de référence l'année 1990. C'est une des parades possibles. Pourquoi uniquement les pays riches ? Parce qu'une grande partie du CO² est liée à la consommation énergétique. En Europe et en Asie Centrale, ce qui inclut des pays riches et des pays pas très riches, on observe une consommation énergique supérieure de dix fois à celle constatée en Afrique par habitant. Il y a donc des inégalités énormes, des gaspillages énormes notamment en Amérique du Nord et il faut essayer de voir si l'on ne peut pas instaurer un niveau et une qualité de vie corrects sans pour autant changer la composition de l'atmosphère. Etant donné que la question du climat dépend de la question de l'atmosphère, un certain nombre de questions se posent, et surtout celle portant sur les économies d'énergie. Il est certain qu'avec les technologies existant aujourd'hui, sans parler de ce qui pourrait être développé dans dix, vingt ans, on peut procurer davantage de bien-être avec moins de kilowatts/heure, de quelque origine que soient ces kilowatts/heure, et surtout avec moins de CO².

D'autres idées sont en cours. Certains voudraient pomper le CO² produit dans les centrales thermiques vers l'océan profond, c'est-à-dire laisser le problème à résoudre aux générations futures, c'est d'ailleurs ce qui est fait avec les déchets nucléaires, mais les personnes qui sont responsables estiment qu'ils ont des solutions. Ils n'ont pas encore réussi à convaincre tout le monde. Ce que nous savons, c'est que le CO² pompé vers les fonds de l'océan ressortira un jour. Et puis est-ce vraiment possible d'un point de vue énergétique ? Un certain nombre de recherches sont en cours, par exemple par les biotechnologies, des espèces qui pousseraient très vite, d'arbres qui transformeraient une partie du CO² ajouté à l'atmosphère en bois, après on en fait des meubles;  ou enterrer le bois pour en faire du charbon pour dans quelques millions d'années. D'autres idées encore qui sont celles d'accélérer ou favoriser certains types de vie dans les océans. Il semble que dans certaines régions de l'océan la croissance des algues, la production de photosynthèse est limitée par la disponibilité de fer. Un certain nombre d'expériences ont déjà eu lieu consistant à répandre des poussières de fer pour voir si ça ne donne pas lieu à des floraisons de phytoplanctons avec l'idée qu'une partie pourrait couvrir le fond de la mer.

Il y a également des idées plutôt du domaine de la science fiction. Par exemple, puisqu'on tient tellement à fabriquer du CO², compenser ce renforcement de l'effet de serre en renforçant l'effet parasol, en mettant des sortes de miroirs dans la haute atmosphère. Pour l'instant c'est vraiment de la science fiction, mais ça ne veut pas dire que ce soit impossible, la science fiction d'hier est devenue la réalité d'aujourd'hui, et on ne peut pas dire que telle chose est impossible. Mais c'est très, très délicat parce qu'on peut dire que le système est beaucoup plus complexe que la caricature que je vous ai montrée, énergie solaire, chaleur, infrarouge. Il y a la répartition avec la latitude, avec les régions, et il faudrait faire attention. L'auteur de science fiction Norman Spinrad qui comme moi est au fin fond du Bronx, et qui comme moi passe une bonne partie de son temps à Paris, vient d'écrire un petit article de science fiction sur ce que pourrait devenir le problème du réchauffement planétaire d'ici trois siècles, ou une période où au contraire toutes les mesures contre le réchauffement auraient trop bien marché et conduiraient la Terre vers un nouvel âge glaciaire. Il y a des choses intéressantes à voir dans tout cela, et certaines des idées proposées comme parades sont encore du domaine de la science fiction. Ce qui ne veut pas dire qu'il ne faut pas y réfléchir.

Vous n'avez pas parlé des phénomènes climatiques au niveau des océans, le réchauffement de l'atmosphère et éventuellement des masses d'eau ne pourrait-il pas avoir une incidence sur les circulations océaniques ?

Robert Kandel
Les interactions entre l'océan et l'atmosphère sont très importantes. Il existe déjà le phénomène de El Niño qu'on commence a comprendre, qu'on commence à pouvoir prédire et qu'on arrive à lier à des phénomènes qui s'étendent beaucoup plus loin que le Pacifique. Mais il est un fait que pour l'Atlantique Nord on n'est pas directement concerné en Europe par El Niño. Il y a peut-être quelques effets mais c'est vraiment très lointain, c’est surtout le Pacifique et l'Amérique et l'Afrique mais pas tellement l'Europe. En Europe, nous sommes surtout affectés par ce qui se passe dans l'Atlantique Nord, et nous savons qu'il y a des variations d'une décennie à la suivante, une variation plus lente que la variation El Niño. La Niña, ça c'est deux fois par décennie, il y a une sorte de cycle. Pour l'Atlantique Nord c'est une période de vingt ans ou une décennie qui peut être différente d'une autre période, et peut-être le réchauffement et puis la pause entre 40 et 70, puis le réchauffement, est en partie dû à ce phénomène-là, en partie, il y a des échanges de chaleur et d'eau entre l'océan et l'atmosphère. Il existe un phénomène particulier qui pose problème, c'est que la douceur du climat en Europe, et surtout en Europe du Nord, dépend de l'apport de chaleur par l'Atlantique vers les latitudes élevées, l'Atlantique qui cède sa chaleur à l'atmosphère, et puis l'atmosphère qui apporte la chaleur sur le continent.

En partie c'est le Gulf Stream qui appartient à un système de courants qui est poussé par les vents. C'est aussi ce qu'on appelle le tapis roulant convoyeur de chaleur qui semble apporter des eaux tièdes de l'Atlantique vers le Nord. Comment cela se fait-il ? Il se trouve que lorsque l'eau de mer gèle, ce qui se passe tout à fait au Nord, la glace est moins salée que l'eau qui reste, il y a de l'eau salée très froide, elle est plus dense, elle est plus dense que l'eau moins salée et moins froide, elle coule et il y a tout un système de circulation de l'eau avec de l'eau très dense qui se forme en mer de Norvège, qui coule au fond, qui va vers le Sud tout le long de l'Atlantique, qui fait le tour de l'Afrique, qui ressort finalement beaucoup plus tard, peut-être des siècles plus tard dans l'océan Indien ou dans le Pacifique. Tout ceci dépend du fait que l'eau dense coule en mer de Norvège, et si on mettait un peu plus d'eau douce par-là, soit parce qu'il neige et il pleut un peu plus, soit parce qu'il y a de la glace qui fond, ça pourrait l'arrêter. Quelques indications montrent que cela s'est passé autrefois, il y a des milliers d'années il y a eu des arrêts brusques de ce système. On peut avoir pendant une période de réchauffement planétaire un phénomène d'arrêt brusque de ce tapis convoyeur de chaleur qui donne pendant quelques temps, peut-être quelques décennies ou même quelques siècles, un froid assez prononcé sur le nord de l'Europe. Cela fait partie des paradoxes, cela fait partie des phénomènes extrêmement difficiles à étudier. 

Tout dernièrement, et ceci est remarquable, dans une revue de recherche a paru un article qui semble indiquer que ce brassage profond de l'océan peut dépendre également d'un phénomène qui a à voir avec les marais. Ceci soulève un tas d'autres problèmes qui nous aideront peut-être à comprendre d'autres aspects du phénomène, mais pour comprendre les climats vraiment très lointains lorsque les continents n'étaient pas à leur place actuelle, c'est difficile. Parce qu'aujourd'hui ce qui se passe dans les marais dépend de la disposition des continents et des océans, et on sait qu'il y a quelques dizaines de millions d'années les continents n'étaient pas à la même place, et donc le freinage par les marais était différent, et peut-être même il y a vingt mille ans, lorsque le niveau de la mer était plus bas, lorsqu'il n'y avait pas ces mers peu profondes que nous avons près de certaines côtes, peut-être là aussi était-ce différent. On a donc toujours des choses à apprendre, et tout ceci fait partie des domaines de recherche.

Actuellement, dans les modélisations numériques qui sont réalisées ailleurs qu'en France, puisqu'on connaît en France deux modèles qui dans les simulations montrent au moins une augmentation de température, sans parler des phénomènes de précipitations où il y a plus d'incertitudes, dans les autres modélisations dans les autres pays, les autres modèles montrent-ils tous actuellement aussi une simulation de températures positives ou pas ?

Robert Kandel
Oui, il faut bien distinguer la réponse du modèle du scénario que l'on met dedans. On peut obtenir un résultat différent si on met un scénario différent, lorsqu'on réalise les modélisations pour le même scénario tous les modèles donnent aujourd'hui un réchauffement, mais en changeant un détail de la condensation de l'eau ou de la distinction entre l'eau liquide et l'eau solide dans les nuages on peut prendre le même modèle et trouver une réponse qui varie presque du simple au double. On sait bien qu'il y a là un point difficile des modèles concernant la formation des nuages, la condensation de l'eau dans le cycle de l'eau, ce n'est pas le seul point sensible.

Un autre point qui peut, là aussi, avoir une très grande influence : lorsqu'on a commencé à faire ces simulations dans les années 70, 80, on a fait une expérience numérique, une bonne règle d'expérience on fait une chose à la fois, on a augmenté les gaz à effet de serre et on trouve un certain réchauffement. Depuis quelques temps on se rend très bien compte que c'est une belle expérience numérique mais qui ne correspond pas à l'expérience physique que nous réalisons, parce qu'en même temps que nous produisons des gaz à effet de serre nous produisons des aérosols, des particules supplémentaires. C'est parce qu'en grande partie beaucoup du pétrole et du charbon qui est brûlé contient des impuretés de soufre qui fabriquent un gaz qui s'appelle le dioxyde de soufre, très désagréable à respirer, et qui ensuite produit des particules qui réfléchissent un peu plus le soleil, donc renforcent l'effet parasol, et c'est un effet qui va dans l'autre sens, qui limite l'énergie solaire qui rentre et qui pousse à un refroidissement. On n'a jamais démontré que cet effet-là était suffisant pour contrecarrer totalement le renforcement de l'effet de serre à l'échelle planétaire, mais il est vrai que dans certaines régions où il y a beaucoup de pollution on peut avoir un refroidissement, même s'il y a un réchauffement planétaire.

Là le problème c'est que ce SO² se transforme en particules par une réaction chimique assez compliquée. Une fois que ces particules sont lessivées de l'atmosphère dans la pluie, alors que le CO² se répand partout, parfaitement mélangé dans l'atmosphère, les particules de SO² qui renforcent la réflexion ne sont pas réparties de manière uniforme, et cela complique le calcul. De plus, on sait que dans certains cas la présence de ces particules change la population de gouttelettes dans les nuages, ce qui fait qu'avec une même quantité d'eau on a beaucoup plus de petites gouttelettes au prix de grandes gouttelettes. Et ceci provoque deux effets importants. D'une part, le nuage devient plus brillant, réfléchit mieux le soleil, donc l'effet parasol se trouve encore renforcé et, d'autre part, il y a peut-être moins de chances d'avoir des pluies, effet non négligeable, et qui fait l'objet de recherches aujourd'hui.

Là aussi, selon ce que vous supposez sur cet effet indirect des particules sur les nuages, vous pouvez plus ou moins limiter le réchauffement, mais les seules simulations qui donnent un refroidissement ce sont des simulations dans lesquelles on suppose qu'on injecte tout d'un coup énormément de particules dans l'atmosphère. Ceci a été réalisé il y a un certain temps, heureusement ce n'est plus d'actualité. C'était les calculs de ce qu'on appelait l'hiver nucléaire, c'est-à-dire des gens qui disaient que si vous faites une guerre nucléaire non seulement vous tuez des dizaines de millions de personnes, et vous brûlez toutes les villes, mais en plus lorsque vous brûlez les villes vous mettez tant de particules dans l'atmosphère que ça bloque le soleil et met toute la Terre dans un froid terrible. Et ça j'espère que c'est bien fini, encore que le risque existe. Mais si vous supposez que vous n'avez pas une seule éruption, mais que tout d'un coup pour des raisons incompréhensibles il y ait une période d'activité volcanique extrême, là vous pouvez compliquer la chose. On sait que des périodes de grande activité volcanique se sont produites dans le passé, si vous avez beaucoup d'activités volcaniques qui mettent tellement de SO² dans la haute atmosphère, vous bloquez le soleil, vous pouvez refroidir la Terre, peut-être plus tard cela se réchauffera parce que vous aurez mis également du CO². Il y a d'autres scénarios encore, que se passe-t-il lorsqu'une comète tombe sur la Terre ? Cela tue les dinosaures. Ce n'est pas un changement climatique, ça fait partie des hypothèses.

Je sais que dans les modélisations si on prend en compte le couple atmosphère/océan on rencontre de grosses difficultés d'échelle. Pouvez-vous m'expliquer en quoi consistent ces difficultés ?

Robert Kandel
Effectivement, il y a des différences d'échelle. Pendant longtemps, même pour le climat et aujourd'hui encore pour la prévision météorologique on peut faire tourner le modèle uniquement avec l'atmosphère pour ainsi dire. On rencontre des problèmes d'échelle pour les questions de condensation de l'eau, on sait que des phénomènes existent et qui dépendent de l'échelle microscopique, on est obligé d'adopter ce qu'on appelle une paramétrisation, c'est-à-dire une sorte de recette de cuisine pour expliquer ce qui se passe à l'intérieur de la boîte. On écrit de manière assez rigoureuse les équations qui relient ce qui se passe dans une boîte à ce qui se passe dans la boîte à côté, mais pour ce qui se passe à l'intérieur de la boîte on est obligé de faire des impasses. Concernant l'océan, il semble que même du point de vue du mouvement des courants, en particulier de cette circulation profonde dans l'océan, il y a des questions d'échelle qui jouent et on n'a pas de règle satisfaisante avec des tailles de boîtes jouables pour les calculs. Il faudrait quasiment suivre peut-être chaque kilomètre cube d'océan pour vraiment bien représenter un certain nombre de phénomènes dynamiques, et c'est hors de question, à la fois parce que nous n'avons pas de mesure sur chaque kilomètre cube de l'océan, et parce que nous ne disposons pas aujourd'hui de calculateurs assez puissants pour suivre. Il y a donc un problème d'échelle à ce niveau-là.

Puis, il y a un problème d'échelle de temps, lorsque vous voulez faire du climat ou même de la prévision à l'échelle de la saison, vous devez coupler ce qui se passe dans l'océan avec ce qui se passe dans l'atmosphère. Or, on sait que pour certains phénomènes dans l'atmosphère il faut observer pratiquement plusieurs fois par jour, parce que le rayonnement, par exemple, change au cours de la journée, il y a un tas de mouvements, de phénomènes, il y a d'autres phénomènes dans l'océan qui se déroulent beaucoup plus lentement. Si on effectue les calculs à la fois pour l'atmosphère et l'océan en faisant le calcul toutes les heures, ou six fois par vingt-quatre heures, c'est inextricable, infaisable. Je travaille dans le domaine de l'analyse de l'observation spatiale, j'essaye de comprendre ce que font les modélisateurs, et c'est ainsi que j'ai compris leur difficulté, c'est cette difficulté d'échelle spatiale, d'échelle temporelle, en particulier parce que pour bien représenter certains processus océaniques il faudrait, en principe, des boîtes très petites et on sait qu'on ne peut pas les faire.

Je crois que c'est apparent dans les graphiques que vous avez montré tout à l'heure, les phases de refroidissement de la Terre sont plus importantes que les périodes de réchauffement. Donc, si actuellement on est en phase de réchauffement, en anticipant à plus long terme on peut penser qu'il y aura une période de refroidissement. Comment ce mécanisme de basculement du réchauffement au refroidissement s'opère-t-il ? Et comment peut-on anticiper, éventuellement, le prochain refroidissement ?

Robert Kandel
Effectivement, nous changeons les données du problème avec nos modifications de la composition de l'atmosphère, mais si on regarde la façon dont cela se passe, on a des données précises en fait jusqu'à 420.000 ans et il y a un grand cycle qui fait 100.000 ans, et tous les 100.000 ans à peu près il y a une période interglaciaire comme maintenant qui dure 15.000 ans typiquement, pour autant qu'on le sache. Ce qui veut dire que peut-être on est déjà en train de pousser notre bonheur parce que ça fait 10, 15.000 ans qu'on est sorti vraiment de l'ère glaciaire.

Il y a d'autres phénomènes là-dedans, la descente semble assez radicale mais lorsqu'on regarde à quel cycle, en général, la descente est relativement graduelle et en dents de scie avec des refroidissements et réchauffements, et puis il y a une sorte de débâcle à la fin, un réchauffement radical qui s'est passé il y a 15.000 ans à peu près, cette disparition relativement rapide des glaces avec une montée de la mer de 100, 120 mètres, mais tout dépend à quelle échelle de temps on raisonne, nous sommes en train de parler de millénaires tout de même. On voit ces rythmes-là gouvernés par des modifications de la forme exacte de l'orbite de la Terre, de l'orientation de l'axe de rotation par rapport au plan de l'orbite, et de la période durant laquelle l'hiver de l'hémisphère nord où il y a beaucoup de terres a eu lieu par rapport à la distance entre le soleil et la Terre. C'est ce qu'on appelle la théorie astronomique ou la théorie de Milankovitch qu'il a développée entre 1920 et 1940. Et les données concernant les époques froides concordent assez bien, on commence à avoir quelques idées et même une assez bonne modélisation de la chose, et en même temps il y a cette variation de composition. Les hommes n'ont rien à voir avec ça, c'est clair, les humains ont vu tout ça se passer, il y avait les chasseurs de mammouths il y a 20.000 ans, ce n'est pas si lointain. L'humanité a donc vu ces phénomènes de changements climatiques, peut-être de manière intergénérationnelle. On a réussi à prospérer d'une certaine manière dans les périodes glaciaires.

La modélisation semble indiquer que c'est parce que ces variations astronomiques gouvernent la répartition de l'ensoleillement en fonction de la latitude et en fonction de la saison, c'est quelque chose qui n'était pas dans la caricature d'observation de la planète dans son ensemble, c'est la répartition avec les saisons et les latitudes qui peut conduire à des variations aussi dramatiques, parce que ce sont là des variations dramatiques de climat. Ces variations se sont passées sans que l'homme soit en cause, et le fait que nous changeons le CO² est plutôt inquiétant car cela indique qu'en changeant le CO², en poussant par des lois physiques bien établies le climat vers un état plus chaud fait que nous risquons de voir renforcée l'augmentation de CO². Un certain nombre de calculs indiquent qu'au cours du XXIe siècle dans un premier temps le fait que le CO² et le réchauffement favorisent les forêts dans certaines régions peut limiter l'augmentation du CO². Mais ensuite les changements climatiques sont tellement difficiles pour certaines régions, on observe un dépérissement de certaines forêts, un dépérissement rapide et tout d'un coup le CO² augmente encore plus vite.

Il existe d'autres problèmes de CO² et de méthane piégés sous la mer qui entrent en jeu, mais on commence à pouvoir le modéliser également relativement bien. Pour l'avenir on était engagé jusqu'en 1850 sur un refroidissement lent, on voyait un refroidissement plus important dans quelques millénaires et un refroidissement majeur d'ici 50, 60.000 ans. L'idée qu'en augmentant le CO² on tiendra à l'écart le prochain âge glaciaire comporte un petit problème d'échelle de temps, parce que ce que nous sommes en train de faire c'est de brûler les réserves de charbon et de pétrole en l'espace de quelques siècles, et il y a peu de chance de voir les glaces revenir dans ce siècle-là.

J'ai lu que la théorie astronomique entraîne une variation naturelle, un taux de refroidissement de 0 à 0,1° par an dans les phases actuelles, à comparer avec les simulations.

Robert Kandel
Oui, ça fait un degré par millénaire. Nous, nous sommes engagés selon certains modèles dans deux degrés par siècle.

Je voudrais revenir aux incertitudes sur les modélisations. Vous avez rappelé tout à l'heure de manière importante l'incertitude sur les aérosols, c'est très important apparemment et on le conçoit, avec les phénomènes temporaires qu'on nous avait indiqués tels que des éruptions volcaniques ou autres. Actuellement, où en sommes-nous aujourd'hui, quel autre type d'incertitudes y-a-t-il ? Quels sont les axes de recherche importants pour améliorer la fiabilité et donc diminuer les incertitudes de toutes ces prévisions ? Et quels sont les paramètres sur la tendance à l'élévation, aux rétroactions positives qui risquent de provoquer un emballement de l'effet de serre ?

Robert Kandel
Cette rétroaction positive ou la tendance vers l'emballement, ce n'est pas l'emballement absolu, aucun des modèles ne dit que nous risquons d'aller vers une situation telle que celle de Vénus, Vénus où la température au sol est de plusieurs centaines de degrés, c'est un véritable enfer, sur Vénus il y a énormément de CO², une sorte d'océan gazeux de CO². Ce n'est pas de cela qu'il est question, mais lorsqu'on dit qu'on s'attend à un réchauffement de 2° en moyenne sur la Terre d'ici 2100, cela suppose déjà qu'il y ait cette rétroaction positive de la vapeur d'eau, c'est-à-dire qu'avec le CO² et le CH4 ajoutés, tout cela donne un coup de pouce vers une atmosphère plus chaude. Une atmosphère plus chaude peut contenir davantage d'humidité, et pour la plupart, mais pas tous, pour la plupart des spécialistes et des calculs réalisés, l'atmosphère doit réellement contenir davantage d'humidité, le cycle de l'eau d'une manière générale va s'intensifier et ce avec davantage d'eau sous forme gazeuse dans l'atmosphère.

Par conséquent c'est cette rétroaction de l'humidification supplémentaire de l'atmosphère qui va pousser la sensibilité climatique vers un réchauffement de 2°. S'il n'y avait que le CO², ce serait peut-être seulement 1° ou même moins, mais c'est parce que la quasi-totalité des calculs révèlent non seulement l'effet du CO² ajouté, mais aussi un effet d'humidification supplémentaire de l'atmosphère. Il y a déjà cette rétroaction positive, mais on n'est pas certain que ça a de quoi faire monter le réchauffement de 1 à 2°, ou jusqu'à 3 ou 4, et là ça dépend, d'une part, de l'humidification réelle de l'atmosphère, de la distribution de cette humidité supplémentaire en altitude et, d'autre part, ça dépend des nuages. Parce que s'il y a une augmentation des nuages, cela dépend de quel type de nuages, certains nuages agissent surtout sur le rayonnement solaire, ce que j'appelle l'effet parasol, c'est-à-dire que si ces nuages-là augmentent et le rayonnement solaire est diminué, transformé en chaleur, de ce fait le réchauffement se trouve limité.

Mais les nuages bloquent aussi l'infrarouge, et l'effet principal de certains types de nuages est de porter sur le rayonnement infrarouge qui sort, ce qui fait que s'il y a un renforcement des cirrus, les nuages élevés, davantage d'infrarouge est piégé ce qui contribue encore à l'effet de serre. On voit bien la différence, une nuit sans nuage est une nuit où la Terre se refroidit bien, une nuit avec nuages, surtout avec nuages bas, est une nuit où ça ne se refroidit pas beaucoup. Pendant la fameuse lune rousse, si on voit bien la lune c'est que la surface peut se refroidir la nuit et les questions de gel lors de la lune rousse ne sont pas liées directement à la lune rousse, pas du tout, c'est parce qu'il n'y a pas de nuage et il fait plus froid la nuit. Les nuages agissent sur les deux tableaux, c'est une des complications.

Durant ce réchauffement déjà observé sur la plupart des continents, les nuits se sont réchauffées plus que les jours, et c'est une tendance qui va continuer et qu'on peut comprendre avec ce renforcement de l'effet de serre, parce que l'effet de serre joue nuit et jour, l'effet parasol joue uniquement le jour, la nuit il n'y a pas de soleil.