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« Bien modéliser les nuages est une des clés pour prévoir le changement climatique »

Dans le cadre de la COP26 qui se tient à Glasgow jusqu’au 12 novembre, Futura vous propose une série d’entretiens avec des experts du climat pour décrypter le réchauffement climatique en cours, ses causes et ses conséquences, les risques auxquels nous devrons faire face si nous ne parvenons pas à maîtriser la hausse des températures et à ne pas dépasser les 1,5 °C, les solutions qui existent et celles à mettre en place. L’urgence climatique n’est pas un vain mot ! Aujourd’hui, nous donnons la parole à Frédéric Hourdin, chercheur du CNRS au Laboratoire de météorologie dynamique.

Frédéric Hourdin, chercheur du CNRS au Laboratoire de météorologie dynamique nous explique l’importance des nuages dans le changement climatique.

Futura : Vous coordonnez le développement d’un des deux modèles globaux atmosphériques français, celui de l’Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL). Il en existe une vingtaine dans le monde. Pourquoi d’un modèle à l’autre, pour un même scénario d’émissions de CO2, y a-t-il un facteur deux dans les prévisions d’augmentation de température ?

Frédéric Hourdin : Une grosse partie des incertitudes de nos modèles climatiques vient de la représentation des nuages. Sous l’effet de l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère, la température du globe augmente modifiant le climat et en particulier la couverture nuageuse. En retour, le changement de couverture nuageuse a un impact sur la température globale. Dans notre jargon, on appelle cela une rétroaction climatique. Cela produit deux effets opposés, plus ou moins importants selon la zone du globe : une plus grande couverture nuageuse réfléchit plus l’énergie du Soleil et inversement, produit plus d’effet de serre. C’est essentiellement sur ces rétroactions que les modèles divergent.

Futura : Comment procédez-vous pour représenter les nuages ?
Frédéric Hourdin : C’est un point clé. Nous résumons l’ensemble des nuages à quelques équations valables à l’échelle des mailles de nos modèles actuels, autrement dit, sa résolution. Actuellement, ces mailles sont des sortes de gros cubes de 100 kilomètres de côté sur un kilomètre de hauteur. Or l’échelle à laquelle se passent ces phénomènes est tout autre : les nuages prennent naissance à partir de gouttes d’eau qui se forment sur les impuretés de l’atmosphère, sont transportés par les vents, puis cette eau se condense, précipite sous forme de pluie, s’évapore, etc. La physique des nuages est très complexe. Nous utilisons les mêmes modèles de nuages que pour les prévisions météorologiques. Nous faisons aussi des simulations très réalistes de formation de nuages à l’échelle de cubes de 50 mètres par 50 mètres. C’est à partir de cela que nous développons les modèles de nuages et que nous calons les paramètres de notre modèle global. Avec des modèles à résolution intermédiaire (typiquement 10 kilomètres) on raffine localement ces simulations globales pour en déduire les conséquences locales du changement climatique.

Futura : A-t-on clairement établi un lien entre l’augmentation des gaz à effet de serre et la couverture nuageuse ?
Frédéric Hourdin : On n’en a pas encore une vision très complète mais on sait par exemple que les nuages tropicaux sont particulièrement importants car c’est là que la Terre reçoit le plus d’énergie lumineuse. Et certaines tendances sont claires : la surface couverte par des nuages bas dans les tropiques se réduit, ce qui limite la réflexion de l’énergie solaire et augmente la température globale.

Futura : Qu’attendez-vous de la COP26 ou de décisions politiques ?
Frédéric Hourdin : Il y a de grosses tensions en ce moment en Europe dans la communauté des sciences du climat car l’Europe envisage de financer des modèles globaux de climat de très haute résolution, typiquement kilométrique, dans le cadre d’un ambitieux projet de modélisation numérique de la Terre baptisé « Destination Earth ». Un article est paru dans la revue Nature à ce sujet, qui est d’une malhonnêteté absolue ! Avec la plupart des modélisateurs, nous pensons que c’est une impasse et que cela n’a aucun sens. Cela montre aussi à quel point les fondements de la modélisation sont encore mal compris. Comme je l’ai dit, pour simuler précisément les nuages afin de les paramétrer correctement dans les modèles de climat, c’est à une échelle de 50 mètres qu’il faut travailler. Des mailles d’un kilomètre ne serviront à rien pour simuler le comportement de certains nuages comme les cumulus de beau temps. Le modèle global doit rester à des mailles grossières pour pouvoir faire des multitudes de simulations à coût numérique et énergétique raisonnable.

Source : https://www.futura-sciences.com/planete/actualites/rechauffement-climatique-bien-modeliser-nuages-cles-prevoir-changement-climatique-94551/

Comment la Terre s’est-elle remise du dernier réchauffement climatique important ?

Le Maximum Thermique de la transition Paléocène-Éocène, il y a 55,9 millions d’années, représente l’une des plus importantes crises climatiques que la Terre ait connue. Une nouvelle étude parue dans Science Advances montre que ce réchauffement climatique extrême a été associé à une augmentation de l’érosion et de l’altération des roches continentales. Ces processus auraient notamment permis de capturer une part significative de CO2 atmosphérique, stabilisant ainsi le climat.

Le système terrestre possède plusieurs mécanismes qui influencent, dans un sens ou dans l’autre, les variations climatiques. Les processus de surface, comme l’érosion mécanique et l’altération chimique des roches, sont des mécanismes désormais bien connus pour leur capacité à limiter la quantité de CO2 présente dans l’atmosphère.

Altération des roches silicatés : une pompe à CO2
Parmi ces processus de surface, les réactions d’altération qui attaquent les minéraux silicatés, les transformant en argile, consomment du CO2. Les rivières se chargent alors de transporter les résidus carbonés vers les océans, où ils seront utilisés par les organismes marins pour se développer et produire la calcite formant leurs coquilles.

Lorsque ces animaux meurent et se déposent sur le fond, le carbone stocké dans leur biomasse et dans leurs coquilles est alors enfoui dans les sédiments. Sur de très longues périodes de temps — de l’ordre de dizaines à centaines de milliers d’années –, cette chaîne de réactions permet d’extraire efficacement le CO2 de l’atmosphère et de le stocker au fond des océans, permettant ainsi la régulation du climat.

Ce qui est en revanche encore mal compris, c’est la vitesse à laquelle l’altération, l’érosion et l’enfouissement du carbone peuvent répondre face à de grands changements environnementaux, comme celui que nous sommes en train de connaître. Une façon d’appréhender cette question est de regarder dans le passé de la Terre pour trouver un analogue naturel à ce qui se passe aujourd’hui.

Un réchauffement climatique extrême il y a 56 millions d’années
L’histoire géologique de la Terre a, en effet, enregistré plusieurs événements associés à des perturbations majeures du cycle du carbone. Ces crises sont caractérisées par des périodes de réchauffement climatique extrême. C’est le cas du Maximum Thermique de la transition Paléocène-Éocène (PETM), qui a eu lieu il y a 55,9 millions d’années. Les origines de cette crise sont encore débattues mais l’on sait qu’à cette époque, une grande quantité de carbone a été relâchée très rapidement dans l’atmosphère terrestre (en moins de 5.000 ans), engendrant un réchauffement rapide du globe et, notamment, une augmentation de 8 °C de la température de l’eau.

Une façon d’appréhender cette question est de regarder dans le passé de la Terre pour trouver un analogue naturel à ce qui se passe aujourd’hui

Cette crise climatique a duré environ 100.000 ans, puis il faudra encore 50.000 à 100.000 ans pour qu’elle se résorbe. Cette phase de résilience intéresse particulièrement les scientifiques qui tentent de savoir si les taux d’érosion ont pu être suffisamment importants pour aider le climat à se rétablir sur une relativement courte période de temps.

Des taux d’érosion 2 à 3 fois plus importants
Pour étudier l’importance des processus de surface à cette époque, les chercheurs ont utilisé les isotopes du lithium pour quantifier les taux d’érosion et d’altération chimique des roches. Le lithium a en effet 2 isotopes : 6Li et 7Li. Le point intéressant est que le rapport entre ces deux isotopes (δ7Li) peut varier en fonction des réactions chimiques. Dans l’eau de mer, ce ratio est fortement affecté par la formation d’argile, ce qui fait du δ7Li un bon traceur des taux d’érosion et d’altération.

Des échantillons datant de la période du PETM ont été analysés. Les mesures du δ7Li suggèrent que le cycle de l’eau a été amplifié de façon significative durant cette crise climatique. Les précipitations ont ainsi été plus importantes, augmentant le taux d’érosion mécanique et d’altération chimique des roches continentales. La modélisation effectuée par les auteurs de l’étude suggère que les taux d’érosion étaient alors 2 à 3 fois supérieurs durant le PETM en comparaison des taux précédant la crise.

L’apport massif de nutriments dans les océans aurait ainsi favorisé la production de matière organique, en parallèle de la précipitation de carbonates. L’enfouissement rapide du carbone piégé dans les organismes marins et dans les roches carbonatées a certainement été le paramètre d’influence principal facilitant la rééquilibration du climat et la fin de cet événement climatique extrême.

Ces résultats, publiés dans Science Advances, pourraient permettre de comprendre comment le système terrestre dans sa globalité peut et pourra répondre dans le futur aux changements climatiques. De ce point de vue, il est même possible d’envisager des solutions pour aider ce processus naturel de captation du carbone afin de lutter contre le changement climatique en cours.

Source : https://www.futura-sciences.com/planete/actualites/geologie-terre-elle-remise-dernier-rechauffement-climatique-important-94277/