Les progrès de la science se mesurent notamment à une meilleure compréhension du réel et à de meilleures prédictions sur son évolution. Un article paru dans Science, et déjà abondamment commenté dans la blogosphère, rappelle que les modèles climatiques n’ont guère avancé depuis 30 ans dans la fourchette de leurs incertitudes, et suggère qu’il ne faut pas s’attendre à de grands progrès prédictifs dans les années à venir. Les négociations de l’après-Kyoto s’ouvrent donc sur un constat d’échec de notre capacité à préciser l’ampleur des risques climatiques.

La sensibilité climatique désigne l’évolution des températures à l’équilibre en situation de doublement CO2, lorsque toutes les rétroactions climatiques à ce doublement ont été intégrées. Cela répond à la question : que se passerait-il en surface si nous passions de 270 ppm CO2 (1750) à 540 ppm (futur) et que nous laissions ensuite le climat réagir pour retrouver son équilibre ? Le rapport GIEC donne les analyses les plus récentes de la littérature climatique : entre 2,0 et 4,5°C avec env. 3°C comme meilleures estimation.

Dans un papier récent de la revue Science, Gerald H. Roe et Marcia B. Baker mettent en lumière un problème que les habitués de la littérature climatique connaissent, mais que le grand public ignore : l’estimation de la sensibilité climatique est à peu près la même aujourd’hui que voici trente ou quarante ans, lorsque la modélisation numérique du climat a commencé. Cet aveu est en lui-même assez intéressant : la communauté des modélisateurs jure la main sur le cœur que de « réels progrès » sont accomplis d’un rapport GIEC à l’autre, alors que la grandeur principale intéressant notre avenir reste toujours aussi incertaine.

Le papier de Roe et Baker s’ouvre ainsi par un constat à la franchise tout à fait inhabituelle : « L’enveloppe d’incertitude des projections climatiques n’a pas été réduite de manière appréciable au cours des trente dernières années, malgré l’augmentation impressionnante de la puissance de calcul, des observations et du nombre de chercheurs étudiant le problème ». Dans n’importe quel domaine scientifique, cette situation aurait conduit à une sérieuse mise en question de la méthode employée (la modélisation) ou de l’objet de cette méthode (la prévision du climat à long terme). Mais il semble que les affaires climatiques échappent à la règle. Il est vrai que les décideurs n’y connaissent pas grand-chose, le grand public encore moins : on peut donc sans trop de problèmes vanter la confiance « de plus en plus grande » dans des résultats « de plus en plus robustes » lorsque le projecteur médiatique exige un état des lieux audible par tous.

Comme le soulignent Roe et Baker, les explications le plus souvent avancées pour justifier cette stagnation sont notre compréhension encore incertaine de certains processus physiques particuliers (les nuages par exemple), les interactions complexes entre ces processus physiques ou encore la nature turbulente et chaotique du système climatique. Selon ces chercheurs, ces causes physiques sont exactes, mais insuffisantes : il existe une explication plus structurelle à notre incapacité à réduire les fourchettes des prévisions. Elle tient à la forme des distributions de probabilité appliquées au système climatique.

Dans les modèles actuels, la sensibilité climatique (S) calcule un différentiel de température (∆T) qui est fonction des rétroactions (facteur f), ce que l’on peut écrire sous une forme très simplifiée ∆T = 1 / (1-f), avec 0 ≤ f ≤ 1 (les rétroactions sont positives selon la littérature). Dans les modèles actuels, la valeur médiane de f est 0,65 (0,41 ≤f ≤ 0,73) ce qui donne un ∆T compris entre 2,0 et 4,5°C, avec 3,0°C comme estimation la plus probable. Si l’on place f dans une distribution standard (gaussienne) avec un écart-type sigma(f) de 0,13 et que l’on projette le ∆T, on s’aperçoit vite qu’une variation faible de f se traduit par des variations fortes du ∆T, et surtout dans les valeurs hautes (courbe ci-dessous).

Quand on analyse les distributions de densité de probabilité, comme l’on fait les auteurs, on voit que les projections varient très peu lorsque l’on fait varier l’écart-type de f (ici, exemples avec sigma(f ) variant de 0,10 à 0,30).

Concrètement, cela signifie que même si l’on parvient à réduire les incertitudes sur les rétroactions (le facteur f), cela aura toujours peu d’effet sur la distribution de la sensibilité climatique. Et cela ne pourra notamment pas exclure des valeurs hautes (quoique peu probables) du réchauffement. D’un point de physique, il est assez douteux que l’on puisse progresser rapidement sur les facteurs de rétroaction, car on avance par des campagnes d’observation (sur la vapeur d’eau, les aérosols) qui permettent au mieux de contraindre la paramétrisation. Et c’est plutôt l’inverse qui se vérifie : le rapport GIEC 2007 a commencé à publier les premiers résultats de modèles climatiques couplés aux modèles du cycle du carbone, et l’effet est d’élargir encore la fourchette des projections, puisque chaque nouveau facteur est porteur de son lot d’incertitude. Dans ce cas du cycle du carbone, qui forme l’une des avancées en cours de la modélisation, projeter les réactions sur 100 ans de la pompe biologique et de la pompe physique est évidemment une gageure. Et comme Roe et Baker l’expliquent, ces travaux de modélisation permettront de mieux analyser les phénomènes modélisés, mais ne changeront de toute façon pas grand chose aux projections.

Dans notre commentaire final du dernier rapport GIEC, nous écrivions : « Les points les plus importants pour l’évolution des températures de surface (rétroactions de la vapeur d’eau, du gradient thermique, de la nébulosité) n’ont connu aucune avancée décisive. Cela ne concerne pas seulement la comparaison des Rapports AR4 2007 et AR3 2001 : depuis trente ans, c’est-à-dire depuis les premiers modèles d’équilibre énergétique (EBM) ou de radiation-convection (RCM), la fourchette de la sensibilité climatique est à peu près la même. On trouvait déjà 1,5-4,5°C dans le rapport Charney de 1979 ». Ce propos détonait alors, puisque l’ambiance était à l’acclamation pavlovienne de la nouvelle bible quinquennale du réchauffement climatique et de ses prophètes informatisés. On peut aujourd’hui observer la rapide retombée du soufflé et l’émergence des questions dérangeantes, bien au-delà de la critique sceptique.

Pour en venir à des sujets moins abstraits, les décideurs du monde entier vont se retrouver en décembre prochain à Bali, pour discuter de l’après-Kyoto et des modalités de maîtrise des émissions carbone de l’humanité. Question on ne peut plus grave, puisque 80 % de l’énergie proviennent encore de ressources fossiles et que 4 milliards d’humains se sont engagés dans un processus de développement technique et économique très énergivore. Ces décideurs ne trouveront guère matière à fixer un objectif précis en terme de concentration atmosphérique de CO2, puisque selon le chiffre choisi dans la fourchette actuelle de la sensibilité climatique, l’effet de cette concentration peut encore varier du simple au triple, ou peu s’en faut. Ainsi, les fourchettes basses des cinq scénarios crédibles (de B1 à A2, hors A1FI) vont de 1,1 à 2,0°C, soit un réchauffement « acceptable » appelant en priorité des mesures d’adaptation ; tandis que les fourchettes hautes vont de 2,9 à 5,4°C, soit une pente forte aux conséquences plus périlleuses pour l’humanité et pour les équilibres écologiques.

On dira que le principe de précaution exige d’émettre le moins de gaz à effet de serre possible : mais ce même principe de précaution exigeant plein de choses contradictoires selon les risques considérés, éviter un tel flou artistique était justement l’objet du GIEC et la mission adressée aux chercheurs en sciences climatiques. En 2007, cet objectif n’est pas atteint. Et comme préviennent d’ores et déjà Roe et Baker, « on ne s’attend pas à ce que la fourchette présentée dans le prochain rapport du GIEC soit très différente de celle du rapport 2007 ».

Référence
Roe G.H., M.B. Baker, Why is climate sensitivity so unpredictable ?, Science, 318, 629-632.