Les modèles climatiques

Un modèle climatique est une planète numérique, virtuelle, créée par ordinateur. Cette planète est divisée en cases (les mailles) plus ou moins nombreuses, qui s’étendent vers le haut pour l’atmosphère, et vers le bas pour les océans. Les relations entre chaque case et sa voisine sont représentées par un certain nombre d’équations issues de la mécanique des fluides, de la physique de l’énergie etc. L’objectif des chercheurs est de créer des modèles dont les comportements approchent la réalité de la  Terre d’aussi près que faire se peut. Ceci est possible parce qu’en dépit d’une composante imprévisible et chaotique, les écoulements atmosphériques et océaniques présentent des éléments d’organisation forts, qui résultent de forces connues. Celles-ci sont, notamment, le gradient de température entre les pôles et l’équateur (que les fluides tendent à rééquilibrer), et la force de Coriolis, issue de la rotation de la Terre – des forces dont la difficulté est précisément de traduire fidèlement l’action en équations.
En partant de conditions de température, d’humidité, de pression, de rayonnement solaire, de composition de l’atmosphère etc. connues, et en leur appliquant lesdites équations, les modélisateurs s’efforcent donc de simuler le comportement réel de la planète, et partant son devenir. En effet, en l’absence d’une planète de rechange où mener des expérimentations, aucune autre solution que la modélisation ne permet de tenter d’entrevoir les conséquences climatique des activités humaines.
Les modèles climatiques se sont considérablement améliorés depuis une trentaine d’années, à la fois grâce à l’augmentation de la puissance de calcul, et à une meilleure compréhension de la dynamique du système climatique. Il faut dire qu’au vu des enjeux du réchauffement global, les disciplines scientifiques concernées ont légitimement bénéficié de moyens de recherche importants. Résultat : on est passé de modèles qui ne représentaient que l’atmosphère à des modèles couplés où interagissent l’atmosphère, la surface continentale, l’océan, les glaces, mais aussi la chimie atmosphérique, la biochimie marine, certains aspects du vivant etc. Quant à la maille, elle est passée d’environ 500km à 100 km de côté pour  la plupart des modèles globaux. Les modèles représentent ainsi, au bout du compte, l’état actuel du savoir en matière de système climatique.
Pour savoir si les sorties des modèles sont des informations dignes de foi, et non des élucubrations mathématiques, les chercheurs soumettent ces sorties à un certain nombre de tests. Ils vérifient notamment leur capacité à reproduire le climat moyen, ses variations saisonnières et interannuelles (El Nino, par exemple), à reproduire l’effet de perturbations comme les éruptions volcaniques etc. La vingtaine de modèles couplés existant actuellement a subi ces épreuves avec succès, même si elle présente un certain nombre de défauts communs identifiés (rayonnement solaire trop importante dans l’hémisphère sud, incapacité à simuler les stratus des bords des océans, troposphère trop froide…). Par ailleurs, chaque modèle a ses propres points faibles qui le distinguent des autres. Aucun « meilleur » modèle n’ayant émergé, la communauté scientifique a fait le choix du maintien d’une « diversité numérique », dont l’avantage est la possibilité de confronter entre elles les représentations que livrent les différents laboratoires du climat de demain.