L’obsession du réchauffement global développée depuis une vingtaine d’années n’a pas pour origine principale les observations du réel. Les 0,6 °C de hausse des températures au XXe siècle signent en effet une amplitude assez faible et ne se sont traduits par aucune catastrophe notable. Les craintes proviennent en fait des projections pour le XXIe siècle, qui dérivent elles-mêmes de modèles de simulation climatique. Nous montrons dans ce premier article introductif consacré au forçage radiatif les limites actuelles de ces modèles, dont les incertitudes sont immenses. Et le peu de crédit que l’on doit en conséquence accorder à leurs projections sur un siècle.
Les modèles climatiques actuels sont fondés sur le bilan du transfert radiatif, c’est-à-dire des échanges d’énergie entre la Terre, l’atmosphère et l’espace. Ce bilan est conventionnellement évalué au niveau de la tropopause (couche intermédiaire entre la troposphère et la stratosphère). Il est exprimé en watt par mètre carré (W/m2).
Forçage radiatif, sensibilité climatique, équilibre
On appelle forçage radiatif tout changement instantané du budget radiatif du climat. Un forçage crée donc un déséquilibre positif ou négatif. Par la suite, le climat va retrouver un état d’équilibre en intégrant ce forçage. La variation de température (parmi d’autres facteurs) sera une traduction du forçage et on suppose qu’elle lui est proportionnelle. La différence de température entre le point de départ (forçage) et le point d’arrivée (retour à l’équilibre) se calcule en multipliant le forçage par une constante de proportionnalité que l’on appelle la sensibilité climatique. Celle-ci est exprimée en °C (ou °K) / W / m2. Elle fait donc correspondre à chaque gain ou perte d’énergie lié au forçage un équivalent thermique. Par convention, la sensibilité climatique est évaluée pour un doublement du CO2 et noté ∆T(2xCO2) (différence de température pour deux fois plus de gaz carbonique dans l’atmosphère). On notera que la température est le principal critère climatique retenu (car le plus simple à calculer actuellement), mais que la sensibilité climatique pourrait être exprimée en précipitation, en nébulosité ou en tout autre phénomène du climat qui co-varie proportionnellement au bilan radiatif.
A ce stade, il convient de noter que la notion d’équilibre est bien sûr arbitraire : en soi, le climat est toujours en déséquilibre au sens où il subit en permanence des forçages. Les modèles fixent donc un point de référence (temporel) posé comme climat à l’équilibre et examinent l’évolution du climat à partir de ce point, en comptabilisant systématiquement les forçages et en observant les différences de température (ou de précipitation, de nébulosité, etc.). On parle donc de réponse transitoire du climat, c’est-à-dire de réponse du climat au forçage sur un intervalle de temps donné. Par exemple, l’estimation officielle de 1,5-5,8 °C de hausse pour 2100 est une évaluation transitoire, au sens où un certain nombre de forçages présents et à venir continueront de jouer sur le climat après 2100.
Pour fonctionner, un modèle doit d’abord s’efforcer de séparer la variabilité intrinsèque (ou chaotique) du climat de sa variabilité forcée. La première tient au fait que le climat est un système non linéaire chaotique dont on ne peut pas anticiper l’évolution spontanée. C’est la raison pour laquelle les prévisions météorologiques ne sont pas efficaces au-delà de quelques jours, car à leur niveau d’observation (évolution locale et à court terme), la moindre petite variation imprévue dans les conditions initiales modifie rapidement le résultat anticipé. La climatologie utilise des moyennes d’enregistrements météorologiques sur le long terme, ce qui réduit bien sûr l’incertitude et contraint d’autant la variabilité chaotique. On notera cependant que celle-ci reste une inconnue pour les modèles, qui la déduisent a posteriori en calculant la variabilité forcée et en analysant l’écart entre le résultat simulé (forçages seuls) et la réalité observée (forçages + variabilité intrinsèque / chaotique).
Les principaux forçages radiatifs du climat actuel
Quels sont donc les principaux forçages actuellement analysés par les modèles ?
- Le forçage des gaz à effet de serre (CO2, CH4, N20 et CFCs principalement). Ils sont parfois notés simplement forçage CO2 (mais ce forçage inclut désormais les autres GES, en équivalent CO2), car le gaz carbonique est celui qui a le plus important ratio quantité/demi-vie (c’est-à-dire qu’il est émis en bien plus grande quantité que tous les autres et qu’il a une demi-vie dans l’atmosphère plus longue que la plupart – 100-120 ans env., contre 12 ans pour le méthane par exemple, mais ce chiffre n’est lui-même pas certain). Tous ces forçages sont positifs. Il est à noter que les chercheurs pensent que ces forçages se renforcent mutuellement (et ne s’additionnent pas seulement) dans la mesure où ils se répartissent sur les bandes d’absorption de longueur d’ondes. Une quantité 100 de CO2 seul a un forçage moindre qu’une quantité 100 de cinq gaz à effet de serre différents (on parle pour cette raison de « well-mixed greenhouse gases » dans la littérature).
- Le forçage de l’ozone (O3), qui présente la particularité d’être positif dans la troposphère mais négatif dans la stratosphère.
- Le forçage indirect par la vapeur d’eau (H2O). On sait que la vapeur d’eau est le principal GES sur Terre (entre 50 et 65 % de l’ES selon les estimations). Mais le forçage dont nous parlons ici n’est pas ce forçage naturel : il s’agit du surcroît de H2O émis dans l’atmosphère en raison du forçage des GES. En d’autres termes, c’est une rétroaction positive.
- Le forçage des aérosols. Il s’agit de particules solides ou liquides en suspension, émises par les activités humaines. Les aérosols possèdent globalement un effet albédo (ils réfléchissent le rayonnement solaire), donc refroidissant. C’est un forçage négatif.
- Le forçage de modification des terres. Comme pour le précédent, certaines pratiques (extension des zones agricoles par exemple) augmentent l’albédo. Ce forçage est donc considéré comme négatif dans les modèles.
- Le forçage de la nébulosité. Il s'agit, comme le forçage indirect de la vapeur d'eau, d'une rétroaction du réchauffement par les GES et les aérosols, mais celle-ci est négative. La nébulosité est la couverture nuageuse du ciel, qui a des effets contraires selon qu'il s'agit de nuages bas (type stratus) refroidissant ou nuages d'altitude (type cirrus) réchauffant. Le bilan des deux en situation de réchauffement donne une estimation de forçage négatif.
- Le forçage de la combustion de biomasse. Il est lié notamment aux déforestations et compte de manière négative (émissions de poussières de combustion ayant un effet albédo).
A cette liste des forçages anthropiques s’ajoutent deux principaux forçages naturels que l’on tente d’évaluer :
- Le forçage solaire, qui traduit les variations d’activité de notre étoile sur des cycles courts. Il est considéré comme positif dans la période actuelle (mais a pu être négatif dans le passé, au petit âge glaciaire par exemple).
- Le forçage volcanique, dû aux émissions d’aérosols (poussières et sulfates) à chaque éruption. Comme pour l’ozone, il est à la fois positif et négatif selon la couche atmosphérique de suspension des particules (mais plutôt négatif dans l’ensemble).
Une dernière précision introductive : cette estimation des forçages fait nécessairement appel en amont à un modèle de circulation générale (MCG), c’est-à-dire à une simulation des échanges globaux entre les océans, les terres et l’atmosphère. Ce qui se conçoit aisément : il faut par exemple évaluer la quantité de gaz carbonique qui sera stockée dans les océans pour en déduire celle qui restera active comme gaz à effet de serre dans l’atmosphère (ou inversement, il faut anticiper la rétroaction de gaz à effet de serre actuellement piégés dans l’océan ou les terres risquant de s’échapper dans l’atmosphère sous l’effet d’un réchauffement). Ces modèles de circulation générale ont leurs propres incertitudes, qui ne seront pas évoquées dans cet article.
Des marges d’incertitude énormes sur presque tous les forçages
Après l’introduction théorique, voici quelques données. Le schéma ci-dessous est extrait du troisième rapport du GIEC (2001), dernière synthèse disponible. Il s’agit des différents forçages évoqués plus haut, entre la période pré-industrielle (1750) et la fin du XXe siècle. Nous avons ajouté en rouge (forçages positifs) ou en bleu (forçages négatifs) les valeurs exactes concernées (en W/m2).
Ce qui est frappant, c’est l’incertitude extrême du GIEC. Les mentions L et VL en bas du graphique signalent « low » et « very low level of understanding ». On s’aperçoit qu’à l’exception des forçages des gaz à effet de serre et de l’ozone (bien et moyennement connus), tous les autres sont incertains à très incertains. Ce qui est évidemment problématique, car la part relative des gaz à effet de serre dans le réchauffement (objet principal de l’inquiétude populaire et du Protocole de Kyoto) ne peut être évaluée qu’en fonction des autres forçages. Le cas le plus critique concerne les effets indirects des aérosols (par baisse de la taille moyenne des gouttelettes des nuages augmentant leur albédo et leur durée) évalués… entre 0 et -2 W/m2. Soit un effet allant de nul à quasiment équivalent (en sens inverse) à celui des gaz à efffet de serre. Le GIEC précise d’ailleurs dans son rapport 2001 que les diférents à travaux à ce sujet montre de tels écarts qu’il renonce à établir une estimation dans un intervalle de confiance donné.
On pourrait se dire que les incertitudes ici mentionnées et reconnues tiennent au fait que le GIEC synthétise sur une période très longue (250 ans), où les enregistrements plus précis ne sont arrivés que dans les vingt ou trente dernières années.
Hélas, il n’en est rien, comme nous allons le voir.
En 2003, un texte important est paru dans Science, signé de Theodore L. Anderson et six-coauteurs issus d’institutions différentes, tous spécialistes de l’atmosphère (Anderson 2003). Ils se sont penchés sur la question des aérosols, une des principales inconnues des modèles. « La magnitude et l’incertitude du forçage des aérosols peuvent affecter la magnitude et l’incertitude du forçage total à un degré qui n’a pas été pris en compte adéquatement dans les études climatiques jusqu’à aujourd’hui », soulignent ces auteurs. Ils proposent deux méthodes pour évaluer les forçages : l’une, basée sur le réel, consiste à les évaluer « en amont » d’après ce que l’on sait des activités passées et de la physique-chimie de l’atmosphère (forward calculations) ; l’autre, fondée sur les modèles, consiste à poser une valeur rétroactive de forçage telle qu’elle permette d’expliquer les variations de températures observées au regard du modèle (estimation « en aval », inverse calculations). Or, les deux résultats sont très différents : le calcul « réaliste » en amont donne un forçage aérosol de -1,5 W/m2, mais avec une grande marge d’incertitude (3 W/m2) ; le calcul inversé donne une valeur de -1W/m2, plus contrainte (entre -1 et -1,9 W/m2). Le schéma ci-dessous montre les résultats des différentes simulations.
Anderson et al. soulignent : « La région substantielle d’inconsistance montrée dans ce schéma (la bande rouge et, selon les études, la bande jaune) implique soit que les forçages à grande magnitude par aérosols des calculs en amont (forward calculations) sont erronés et trop hauts soit, alternativement, que les limites de magnitude du forçage par aérosols inférées du calcul inversé (inverse calculations) sont erronées et trop basses ». Ils remarquent ensuite : « Dans la mesure où les modèles climatiques reposent sur le calcul inversé, la possibilité d’un raisonnement circulaire existe – c’est-à-dire, utiliser la mesure des températures pour dériver une donnée clé des modèles climatiques, qui sont ensuite testés selon les températures ». Et ils en concluent : « Les calculs en amont ouvrent la possibilité que le forçage total depuis les temps préindustriels jusqu’au présent ait été faible, voire négatif. Si c’est exact, cela impliquerait que la sensibilité climatique et/ou la variabilité naturelle (c’est-à-dire la variabilité non forcée par les émissions anthropiques) est bien plus importante que ce que les modèles indiquent actuellement ».
Six spécialistes de l’atmopshère considèrent donc en 2003 que la variabilité naturelle du climat pourrait être bien supérieure à celle impliquée par les gaz à effet de serre. Malgré cela, on continue d’affirmer sans sourciller que tous les chercheurs et « vrais spécialistes » du climat sont d’accord pour attribuer aux gaz à effet de serre l’essentiel du réchauffement récent. Ainsi prospèrent les mensonges par omission ou aproximation…
Dernière synthèse collective du NRC (2005) : les choses ne s’améliorent guère
Le National Research Council of National Academies (USA) a fait paraître en 2005 un bilan d’étape : Radiative forcing of climate change (NRC 2005). Il a été co-signé par 33 chercheurs.
Il en ressort que les améliorations apportées par les dix dernières années d’enregistrement plus précis n’ont fait qu’ajouter aux incertitudes. On s’est par exemple aperçu que la sensibilité climatique d’un forçage donné varie selon qu’on le mesure en tropopause (TOA = top of atmopshere) ou au sol. Autrement dit que l’effet thermique du forçage est souvent disproportionné entre la surface et l’atmosphère. C’est le cas pour les aérosols absorbants (type suies de carbone noir) par exemple, qui modifient la distribution de la chaleur dans les couches de l’atmosphère. D’où la création récente du concept « forçage efficient », qui est le ratio entre la sensibilité climatique réelle de chaque forçage et celle (standard) d’un doublement du CO2.
Le modèle INDOEX (océan Indien) a par exemple analysé quatre années d’aérosols (1996-1999) : il en résulte que le forçage (direct+indirect) en surface est de -20 W/m2, alors qu’il est de +15W/m2 en atmosphère. Conclusion : les données valables ne sont pas celles de la tropopause, mais celle de la moyenne surface-atmosphère. Et cela en tenant compte des propriétés de distribution thermique de chaque type de forçage (voir Hansen et al 2005 pour une application, mais sur la base de leur seul modèle du GISS, un parmi vingt autres).
L’une des conséquences de ces évolutions récentes de la recherche est que la sensibilité climatique de chaque forçage (sa traduction thermique) pourrait différer, alors que les travaux du GIEC supposent jusqu’à présent qu’elle est équivalente pour chaque agent de forçage.
Le rapport du NRC mentionne aussi les autres incertitudes majeures des méthodes actuelles du forçage radiatif :
- cycle de la vapeur d’eau ;
- modifications de la nébulosité ;
- effets régional et global des modifications d’usage du sol ;
- mesures régionales de l’effet thermique du bilan radiatif (qui sont en fait les seules mesures intéressantes en terme de vulnérabilité / adaptabilité des sociétés, mais que les modèles ne savent pas donner pour l’instant) ;
- chaleur latente des océans ;
- évolution de chaque forçage au XXIe siècle (surtout les gaz à effet de serre, l’irradiance totale et effective du soleil, les aérosols).
Et il faudrait bien sûr faire des synthèses (ce qui impossible dans le cadre de cette introduction) de la littérature récente sur chaque forçage, montrant des variations allant parfois du simple au double, voire inversant les évaluations du GIEC. Un seul exemple : Mark Z. Jacobson, professeur à Stanford et spécialiste reconnu de l’atmosphère, considère que la combustion de la biomasse, notée BB dans le schéma du GIEC ci-dessus et évaluée à -0,20 W/m2, doit plutôt être comptée comme forçage positif sur les longs intervalles, car l’effet albédo de la combustion est vite supplanté par le surcroît de gaz à effet de serre atmosphériques (2004). Une telle inversion, si elle est confirmée, signifie que les forçages négatifs ont été surévalués, que les forçages positifs ont été sous-évalués et que la sensibilité climatique globale au bilan radiatif global est moindre que prévu.
Les lecteurs intéressés trouveront régulièrement des informations dans les différentes rubriques de ce site (notamment pour le forçage le plus discuté depuis vingt ans, et sans doute le plus important pour la variabilité réelle de notre climat, celui du rayonnement solaire et cosmique).
Conclusion
La conclusion est simple : les modèles actuels sont extrêmement imparfaits pour ce qui est de l’estimation des forçages radiatifs, donc du bilan radiatif global de la Terre. Il en va de même pour l’estimation du coefficient de sensibilité climatique, second ingrédient nécessaire à la projection des températures au XXIe siècle, que nous examinerons dans un autre article. Et il n’est peut-être pas inutile de rappeler que de semblables incertitudes entachent par nature le troisième ingrédient des scénarios du GIEC, c’est-à-dire la quantification démographique, énergétique et économique du développement entre 2000 et 2100.
Que les modèles présentent de tels défauts est chose normale en science. Et les chercheurs sont les premiers à le reconnaître en climatologie, ce qui est tout à leur honneur. Ce qui semble bien plus anormal est que les résultats de modèles aussi défectueux soient désormais considérés comme une quasi-certitude et servent de fondement à la décision publique en ce domaine.
En l’état actuel des modèles :
- il est illusoire de quantifier, même approximativement, la part des gaz à effet de serre dans le réchauffement passé, présent et à venir ;
- il est illusoire de projeter sur cette base et sur un siècle des variations thermiques qui ne sont jamais qu’une combinatoire informatisée d’incertitudes majeures.
Mais alors, pourquoi les chercheurs le font-ils ? Depuis la naissance du GIEC, les recherches climatiques ont été abondamment politisées et médiatisées. Les subventions publiques à ces recherches ont été pour leur part massivement augmentées, compte tenu du caractère d’urgence que semblait prendre l’évolution du climat. Il en résulte que les scientifiques ont désormais une sorte d’« obligation de résultats » en la matière. Les décideurs, qui sont aussi les principaux bailleurs de fonds, ne dépensent pas plusieurs milliards de dollars chaque année pour se voir répondre que les incertitudes sont encore trop importantes. Chaque groupe de chercheurs à la tête d’un modèle préfère donc publier des résultats très provisoires et très incertains plutôt que de ne rien publier du tout ou de se contenter de travailler modestement sur la réduction progressive de chaque incertitude. Le mythe du réchauffement climatique a désormais une telle charge émotive que le retour en arrière n’est plus possible. Pourtant, tôt ou tard, les contraintes politico-médiatiques, de plus en plus pressantes et urgentes par nature, ne seront plus du tout compatibles avec la rigueur scientifique, exigeant de la patience et de la précision dans l’étude des phénomènes aussi complexes que le système climatique.
Le jour où cette contradiction éclatera, le grand récit édifiant du réchauffement climatique commencera à s'efffondrer rapidement dans la confusion. Avant de sombrer lentement dans l’oubli.
Références
Anderson T.L. (2003), Climate forcings by aerosols – a hazy picture, Science, 300, 1103-1104.
Hansen J. et al. (2005), Efficacy of climate forcings, J. Geophys. Res., 110, D18104, doi:10.1029/2005JD005776.
Houghton J.T. (ed), IPCC (2001), Climate Change 2001: The Scientific Basis. Cambridge Univ. Press, Cambridge UK and New York, NY USA.
Jacobson M. Z. (2004), The short-term cooling but long-term global warming due to biomass burning, J. Climate, 17, 2909-2926.
National Research Council (NRC) (2005), Radiative forcing of climate change, National Academies Press, Washington.
Les modèles climatiques actuels sont fondés sur le bilan du transfert radiatif, c’est-à-dire des échanges d’énergie entre la Terre, l’atmosphère et l’espace. Ce bilan est conventionnellement évalué au niveau de la tropopause (couche intermédiaire entre la troposphère et la stratosphère). Il est exprimé en watt par mètre carré (W/m2).
Forçage radiatif, sensibilité climatique, équilibre
On appelle forçage radiatif tout changement instantané du budget radiatif du climat. Un forçage crée donc un déséquilibre positif ou négatif. Par la suite, le climat va retrouver un état d’équilibre en intégrant ce forçage. La variation de température (parmi d’autres facteurs) sera une traduction du forçage et on suppose qu’elle lui est proportionnelle. La différence de température entre le point de départ (forçage) et le point d’arrivée (retour à l’équilibre) se calcule en multipliant le forçage par une constante de proportionnalité que l’on appelle la sensibilité climatique. Celle-ci est exprimée en °C (ou °K) / W / m2. Elle fait donc correspondre à chaque gain ou perte d’énergie lié au forçage un équivalent thermique. Par convention, la sensibilité climatique est évaluée pour un doublement du CO2 et noté ∆T(2xCO2) (différence de température pour deux fois plus de gaz carbonique dans l’atmosphère). On notera que la température est le principal critère climatique retenu (car le plus simple à calculer actuellement), mais que la sensibilité climatique pourrait être exprimée en précipitation, en nébulosité ou en tout autre phénomène du climat qui co-varie proportionnellement au bilan radiatif.
A ce stade, il convient de noter que la notion d’équilibre est bien sûr arbitraire : en soi, le climat est toujours en déséquilibre au sens où il subit en permanence des forçages. Les modèles fixent donc un point de référence (temporel) posé comme climat à l’équilibre et examinent l’évolution du climat à partir de ce point, en comptabilisant systématiquement les forçages et en observant les différences de température (ou de précipitation, de nébulosité, etc.). On parle donc de réponse transitoire du climat, c’est-à-dire de réponse du climat au forçage sur un intervalle de temps donné. Par exemple, l’estimation officielle de 1,5-5,8 °C de hausse pour 2100 est une évaluation transitoire, au sens où un certain nombre de forçages présents et à venir continueront de jouer sur le climat après 2100.
Pour fonctionner, un modèle doit d’abord s’efforcer de séparer la variabilité intrinsèque (ou chaotique) du climat de sa variabilité forcée. La première tient au fait que le climat est un système non linéaire chaotique dont on ne peut pas anticiper l’évolution spontanée. C’est la raison pour laquelle les prévisions météorologiques ne sont pas efficaces au-delà de quelques jours, car à leur niveau d’observation (évolution locale et à court terme), la moindre petite variation imprévue dans les conditions initiales modifie rapidement le résultat anticipé. La climatologie utilise des moyennes d’enregistrements météorologiques sur le long terme, ce qui réduit bien sûr l’incertitude et contraint d’autant la variabilité chaotique. On notera cependant que celle-ci reste une inconnue pour les modèles, qui la déduisent a posteriori en calculant la variabilité forcée et en analysant l’écart entre le résultat simulé (forçages seuls) et la réalité observée (forçages + variabilité intrinsèque / chaotique).
Les principaux forçages radiatifs du climat actuel
Quels sont donc les principaux forçages actuellement analysés par les modèles ?
- Le forçage des gaz à effet de serre (CO2, CH4, N20 et CFCs principalement). Ils sont parfois notés simplement forçage CO2 (mais ce forçage inclut désormais les autres GES, en équivalent CO2), car le gaz carbonique est celui qui a le plus important ratio quantité/demi-vie (c’est-à-dire qu’il est émis en bien plus grande quantité que tous les autres et qu’il a une demi-vie dans l’atmosphère plus longue que la plupart – 100-120 ans env., contre 12 ans pour le méthane par exemple, mais ce chiffre n’est lui-même pas certain). Tous ces forçages sont positifs. Il est à noter que les chercheurs pensent que ces forçages se renforcent mutuellement (et ne s’additionnent pas seulement) dans la mesure où ils se répartissent sur les bandes d’absorption de longueur d’ondes. Une quantité 100 de CO2 seul a un forçage moindre qu’une quantité 100 de cinq gaz à effet de serre différents (on parle pour cette raison de « well-mixed greenhouse gases » dans la littérature).
- Le forçage de l’ozone (O3), qui présente la particularité d’être positif dans la troposphère mais négatif dans la stratosphère.
- Le forçage indirect par la vapeur d’eau (H2O). On sait que la vapeur d’eau est le principal GES sur Terre (entre 50 et 65 % de l’ES selon les estimations). Mais le forçage dont nous parlons ici n’est pas ce forçage naturel : il s’agit du surcroît de H2O émis dans l’atmosphère en raison du forçage des GES. En d’autres termes, c’est une rétroaction positive.
- Le forçage des aérosols. Il s’agit de particules solides ou liquides en suspension, émises par les activités humaines. Les aérosols possèdent globalement un effet albédo (ils réfléchissent le rayonnement solaire), donc refroidissant. C’est un forçage négatif.
- Le forçage de modification des terres. Comme pour le précédent, certaines pratiques (extension des zones agricoles par exemple) augmentent l’albédo. Ce forçage est donc considéré comme négatif dans les modèles.
- Le forçage de la nébulosité. Il s'agit, comme le forçage indirect de la vapeur d'eau, d'une rétroaction du réchauffement par les GES et les aérosols, mais celle-ci est négative. La nébulosité est la couverture nuageuse du ciel, qui a des effets contraires selon qu'il s'agit de nuages bas (type stratus) refroidissant ou nuages d'altitude (type cirrus) réchauffant. Le bilan des deux en situation de réchauffement donne une estimation de forçage négatif.
- Le forçage de la combustion de biomasse. Il est lié notamment aux déforestations et compte de manière négative (émissions de poussières de combustion ayant un effet albédo).
A cette liste des forçages anthropiques s’ajoutent deux principaux forçages naturels que l’on tente d’évaluer :
- Le forçage solaire, qui traduit les variations d’activité de notre étoile sur des cycles courts. Il est considéré comme positif dans la période actuelle (mais a pu être négatif dans le passé, au petit âge glaciaire par exemple).
- Le forçage volcanique, dû aux émissions d’aérosols (poussières et sulfates) à chaque éruption. Comme pour l’ozone, il est à la fois positif et négatif selon la couche atmosphérique de suspension des particules (mais plutôt négatif dans l’ensemble).
Une dernière précision introductive : cette estimation des forçages fait nécessairement appel en amont à un modèle de circulation générale (MCG), c’est-à-dire à une simulation des échanges globaux entre les océans, les terres et l’atmosphère. Ce qui se conçoit aisément : il faut par exemple évaluer la quantité de gaz carbonique qui sera stockée dans les océans pour en déduire celle qui restera active comme gaz à effet de serre dans l’atmosphère (ou inversement, il faut anticiper la rétroaction de gaz à effet de serre actuellement piégés dans l’océan ou les terres risquant de s’échapper dans l’atmosphère sous l’effet d’un réchauffement). Ces modèles de circulation générale ont leurs propres incertitudes, qui ne seront pas évoquées dans cet article.
Des marges d’incertitude énormes sur presque tous les forçages
Après l’introduction théorique, voici quelques données. Le schéma ci-dessous est extrait du troisième rapport du GIEC (2001), dernière synthèse disponible. Il s’agit des différents forçages évoqués plus haut, entre la période pré-industrielle (1750) et la fin du XXe siècle. Nous avons ajouté en rouge (forçages positifs) ou en bleu (forçages négatifs) les valeurs exactes concernées (en W/m2).
Ce qui est frappant, c’est l’incertitude extrême du GIEC. Les mentions L et VL en bas du graphique signalent « low » et « very low level of understanding ». On s’aperçoit qu’à l’exception des forçages des gaz à effet de serre et de l’ozone (bien et moyennement connus), tous les autres sont incertains à très incertains. Ce qui est évidemment problématique, car la part relative des gaz à effet de serre dans le réchauffement (objet principal de l’inquiétude populaire et du Protocole de Kyoto) ne peut être évaluée qu’en fonction des autres forçages. Le cas le plus critique concerne les effets indirects des aérosols (par baisse de la taille moyenne des gouttelettes des nuages augmentant leur albédo et leur durée) évalués… entre 0 et -2 W/m2. Soit un effet allant de nul à quasiment équivalent (en sens inverse) à celui des gaz à efffet de serre. Le GIEC précise d’ailleurs dans son rapport 2001 que les diférents à travaux à ce sujet montre de tels écarts qu’il renonce à établir une estimation dans un intervalle de confiance donné.
On pourrait se dire que les incertitudes ici mentionnées et reconnues tiennent au fait que le GIEC synthétise sur une période très longue (250 ans), où les enregistrements plus précis ne sont arrivés que dans les vingt ou trente dernières années.
Hélas, il n’en est rien, comme nous allons le voir.
En 2003, un texte important est paru dans Science, signé de Theodore L. Anderson et six-coauteurs issus d’institutions différentes, tous spécialistes de l’atmosphère (Anderson 2003). Ils se sont penchés sur la question des aérosols, une des principales inconnues des modèles. « La magnitude et l’incertitude du forçage des aérosols peuvent affecter la magnitude et l’incertitude du forçage total à un degré qui n’a pas été pris en compte adéquatement dans les études climatiques jusqu’à aujourd’hui », soulignent ces auteurs. Ils proposent deux méthodes pour évaluer les forçages : l’une, basée sur le réel, consiste à les évaluer « en amont » d’après ce que l’on sait des activités passées et de la physique-chimie de l’atmosphère (forward calculations) ; l’autre, fondée sur les modèles, consiste à poser une valeur rétroactive de forçage telle qu’elle permette d’expliquer les variations de températures observées au regard du modèle (estimation « en aval », inverse calculations). Or, les deux résultats sont très différents : le calcul « réaliste » en amont donne un forçage aérosol de -1,5 W/m2, mais avec une grande marge d’incertitude (3 W/m2) ; le calcul inversé donne une valeur de -1W/m2, plus contrainte (entre -1 et -1,9 W/m2). Le schéma ci-dessous montre les résultats des différentes simulations.
Anderson et al. soulignent : « La région substantielle d’inconsistance montrée dans ce schéma (la bande rouge et, selon les études, la bande jaune) implique soit que les forçages à grande magnitude par aérosols des calculs en amont (forward calculations) sont erronés et trop hauts soit, alternativement, que les limites de magnitude du forçage par aérosols inférées du calcul inversé (inverse calculations) sont erronées et trop basses ». Ils remarquent ensuite : « Dans la mesure où les modèles climatiques reposent sur le calcul inversé, la possibilité d’un raisonnement circulaire existe – c’est-à-dire, utiliser la mesure des températures pour dériver une donnée clé des modèles climatiques, qui sont ensuite testés selon les températures ». Et ils en concluent : « Les calculs en amont ouvrent la possibilité que le forçage total depuis les temps préindustriels jusqu’au présent ait été faible, voire négatif. Si c’est exact, cela impliquerait que la sensibilité climatique et/ou la variabilité naturelle (c’est-à-dire la variabilité non forcée par les émissions anthropiques) est bien plus importante que ce que les modèles indiquent actuellement ».
Six spécialistes de l’atmopshère considèrent donc en 2003 que la variabilité naturelle du climat pourrait être bien supérieure à celle impliquée par les gaz à effet de serre. Malgré cela, on continue d’affirmer sans sourciller que tous les chercheurs et « vrais spécialistes » du climat sont d’accord pour attribuer aux gaz à effet de serre l’essentiel du réchauffement récent. Ainsi prospèrent les mensonges par omission ou aproximation…
Dernière synthèse collective du NRC (2005) : les choses ne s’améliorent guère
Le National Research Council of National Academies (USA) a fait paraître en 2005 un bilan d’étape : Radiative forcing of climate change (NRC 2005). Il a été co-signé par 33 chercheurs.
Il en ressort que les améliorations apportées par les dix dernières années d’enregistrement plus précis n’ont fait qu’ajouter aux incertitudes. On s’est par exemple aperçu que la sensibilité climatique d’un forçage donné varie selon qu’on le mesure en tropopause (TOA = top of atmopshere) ou au sol. Autrement dit que l’effet thermique du forçage est souvent disproportionné entre la surface et l’atmosphère. C’est le cas pour les aérosols absorbants (type suies de carbone noir) par exemple, qui modifient la distribution de la chaleur dans les couches de l’atmosphère. D’où la création récente du concept « forçage efficient », qui est le ratio entre la sensibilité climatique réelle de chaque forçage et celle (standard) d’un doublement du CO2.
Le modèle INDOEX (océan Indien) a par exemple analysé quatre années d’aérosols (1996-1999) : il en résulte que le forçage (direct+indirect) en surface est de -20 W/m2, alors qu’il est de +15W/m2 en atmosphère. Conclusion : les données valables ne sont pas celles de la tropopause, mais celle de la moyenne surface-atmosphère. Et cela en tenant compte des propriétés de distribution thermique de chaque type de forçage (voir Hansen et al 2005 pour une application, mais sur la base de leur seul modèle du GISS, un parmi vingt autres).
L’une des conséquences de ces évolutions récentes de la recherche est que la sensibilité climatique de chaque forçage (sa traduction thermique) pourrait différer, alors que les travaux du GIEC supposent jusqu’à présent qu’elle est équivalente pour chaque agent de forçage.
Le rapport du NRC mentionne aussi les autres incertitudes majeures des méthodes actuelles du forçage radiatif :
- cycle de la vapeur d’eau ;
- modifications de la nébulosité ;
- effets régional et global des modifications d’usage du sol ;
- mesures régionales de l’effet thermique du bilan radiatif (qui sont en fait les seules mesures intéressantes en terme de vulnérabilité / adaptabilité des sociétés, mais que les modèles ne savent pas donner pour l’instant) ;
- chaleur latente des océans ;
- évolution de chaque forçage au XXIe siècle (surtout les gaz à effet de serre, l’irradiance totale et effective du soleil, les aérosols).
Et il faudrait bien sûr faire des synthèses (ce qui impossible dans le cadre de cette introduction) de la littérature récente sur chaque forçage, montrant des variations allant parfois du simple au double, voire inversant les évaluations du GIEC. Un seul exemple : Mark Z. Jacobson, professeur à Stanford et spécialiste reconnu de l’atmosphère, considère que la combustion de la biomasse, notée BB dans le schéma du GIEC ci-dessus et évaluée à -0,20 W/m2, doit plutôt être comptée comme forçage positif sur les longs intervalles, car l’effet albédo de la combustion est vite supplanté par le surcroît de gaz à effet de serre atmosphériques (2004). Une telle inversion, si elle est confirmée, signifie que les forçages négatifs ont été surévalués, que les forçages positifs ont été sous-évalués et que la sensibilité climatique globale au bilan radiatif global est moindre que prévu.
Les lecteurs intéressés trouveront régulièrement des informations dans les différentes rubriques de ce site (notamment pour le forçage le plus discuté depuis vingt ans, et sans doute le plus important pour la variabilité réelle de notre climat, celui du rayonnement solaire et cosmique).
Conclusion
La conclusion est simple : les modèles actuels sont extrêmement imparfaits pour ce qui est de l’estimation des forçages radiatifs, donc du bilan radiatif global de la Terre. Il en va de même pour l’estimation du coefficient de sensibilité climatique, second ingrédient nécessaire à la projection des températures au XXIe siècle, que nous examinerons dans un autre article. Et il n’est peut-être pas inutile de rappeler que de semblables incertitudes entachent par nature le troisième ingrédient des scénarios du GIEC, c’est-à-dire la quantification démographique, énergétique et économique du développement entre 2000 et 2100.
Que les modèles présentent de tels défauts est chose normale en science. Et les chercheurs sont les premiers à le reconnaître en climatologie, ce qui est tout à leur honneur. Ce qui semble bien plus anormal est que les résultats de modèles aussi défectueux soient désormais considérés comme une quasi-certitude et servent de fondement à la décision publique en ce domaine.
En l’état actuel des modèles :
- il est illusoire de quantifier, même approximativement, la part des gaz à effet de serre dans le réchauffement passé, présent et à venir ;
- il est illusoire de projeter sur cette base et sur un siècle des variations thermiques qui ne sont jamais qu’une combinatoire informatisée d’incertitudes majeures.
Mais alors, pourquoi les chercheurs le font-ils ? Depuis la naissance du GIEC, les recherches climatiques ont été abondamment politisées et médiatisées. Les subventions publiques à ces recherches ont été pour leur part massivement augmentées, compte tenu du caractère d’urgence que semblait prendre l’évolution du climat. Il en résulte que les scientifiques ont désormais une sorte d’« obligation de résultats » en la matière. Les décideurs, qui sont aussi les principaux bailleurs de fonds, ne dépensent pas plusieurs milliards de dollars chaque année pour se voir répondre que les incertitudes sont encore trop importantes. Chaque groupe de chercheurs à la tête d’un modèle préfère donc publier des résultats très provisoires et très incertains plutôt que de ne rien publier du tout ou de se contenter de travailler modestement sur la réduction progressive de chaque incertitude. Le mythe du réchauffement climatique a désormais une telle charge émotive que le retour en arrière n’est plus possible. Pourtant, tôt ou tard, les contraintes politico-médiatiques, de plus en plus pressantes et urgentes par nature, ne seront plus du tout compatibles avec la rigueur scientifique, exigeant de la patience et de la précision dans l’étude des phénomènes aussi complexes que le système climatique.
Le jour où cette contradiction éclatera, le grand récit édifiant du réchauffement climatique commencera à s'efffondrer rapidement dans la confusion. Avant de sombrer lentement dans l’oubli.
Références
Anderson T.L. (2003), Climate forcings by aerosols – a hazy picture, Science, 300, 1103-1104.
Hansen J. et al. (2005), Efficacy of climate forcings, J. Geophys. Res., 110, D18104, doi:10.1029/2005JD005776.
Houghton J.T. (ed), IPCC (2001), Climate Change 2001: The Scientific Basis. Cambridge Univ. Press, Cambridge UK and New York, NY USA.
Jacobson M. Z. (2004), The short-term cooling but long-term global warming due to biomass burning, J. Climate, 17, 2909-2926.
National Research Council (NRC) (2005), Radiative forcing of climate change, National Academies Press, Washington.
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