Ruptures et effets de seuil

Le climat de la Terre englobe de très nombreux sous-systèmes interagissant entre eux. Cette interaction est telle que le climat est susceptible de changer radicalement d’état de manière imprévisible, voire irréversible, aux échelles de temps humaines. Mais les seuils susceptibles de déclencher ces changements sont mal évalués.

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Systèmes contenant des points de bascule

Systèmes contenant des points de bascule De nombreux éléments de la machine climatique présentent des effets de seuil, autrement dit la propriété de pouvoir -passé un certain point- changer radicalement à partir d'impulsions extérieures modestes.  Seuls les systèmes dont le seuil est susceptible d'être franchi au ...

Ruptures et effets de seuil

Si les projections climatiques sont des outils précieux d’aide à la décision, il ne faut pas pour autant surestimer leur "pouvoir prédictif". Il importe notamment de garder à l’esprit que ces projections postulent qu’en gros, le système climatique continuera à évoluer selon les mêmes règles, c'est à dire les mêmes grands équilibres physiques, dynamiques et chimiques, sans rupture majeure de continuité. Or les systèmes complexes -et notre planète, sans conteste, en est un- ont souvent pour propriété de contenir un ou plusieurs seuils, ou points de bascule (« tipping points » en Anglais), dont le franchissement provoque un changement d’état, autrement dit une réorganisation importante (et souvent brusque) suite à laquelle de nouvelles règles s’établissent. Ce phénomène est couramment illustré par l’exemple du canoë : lorsque l’on incline peu à peu un canoë, le système évolue lentement et progressivement… jusqu’à ce que l’on atteigne le point de bascule, au-delà duquel le canoë se retourne. Il faut alors rajouter bien plus que la force qui a déclenché le changement d’état pour revenir aux conditions initiales - si toutefois ce retour est possible.

Plusieurs éléments du système climatique (neuf, selon une synthèse parue en 2008) ont été identifiés comme contenant des points de bascule potentiels, dont le franchissement emmènerait le système climatique dans des territoires plus difficiles à prévoir avec les outils de modélisation actuels. L’un d’entre eux, qui est peut-être déjà franchi, est l’existence d’une banquise arctique estivale. En effet, une fois celle-ci disparue, sa reconstitution en hiver devient difficile puisque l’océan est rendu plus chaud par le surcroît de rayonnement solaire absorbé en été. Un autre point de bascule possible serait un arrêt de la circulation thermohaline. Les modèles semblent l’exclure pour le 21ème siècle, prévoyant plutôt un ralentissement progressif. Mais les archives paléoclimatiques suggèrent que cette circulation s’est déjà arrêtée brusquement dans le passé de la Terre, ce qui justifie la prudence.

Pour rester dans les zones polaires, deux autres éléments inquiètent les chercheurs. Le premier est la calotte polaire groenlandaise, dont la fonte s’accélère au point qu’elle pourrait devenir irréversible. Il est néanmoins probable, dans l’état actuel des connaissances, que ce phénomène s’étale sur plusieurs siècles. Plus rapide, selon les chercheurs, pourrait être la déstabilisation de la calotte polaire de l’Antarctique Ouest, suite à l’accélération rapide de ses glaciers émissaires. Néanmoins la méconnaissance de la dynamique des glaces dans cette région limite la possibilité de faire des projections très précises.

Dans les régions chaudes, les scientifiques s’inquiètent du devenir de la forêt Amazonienne, qui semble très vulnérable à la hausse des températures d'un coté mais surtout à la sécheresse. Un franchissement de seuil ici conduirait au dépérissement de 80% de cette forêt et son remplacement par une savane, avec des conséquences importantes sur le climat à la fois local et global, et une considérable libération de CO2 dans l’atmosphère – qui en retour modifierait le climat planétaire. La mousson indienne pourrait quant à elle, notamment sous l’effet de la pollution atmosphérique locale, s’affaiblir. Enfin un effet de seuil potentiellement bénéfique a aussi été identifié : si la circulation thermohaline s’affaiblit suffisamment, cela pourrait par une réaction en chaîne complexe accroître la pluviométrie sur la région saharienne. La plus grande prudence s'impose cependant dans tous ces exemples car ces tipping points sont souvent testés et évalués de manière isolée dans des expériences de modélisation dites de sensibilité. Et il est essentiel de les considérer en n'oubliant pas les constantes de temps mis en jeu.

Reste qu’à l’évidence la majorité de ces effets de seuil auraient des effets négatifs. Ne serait-ce que du fait de l’adaptation étroite de l’humanité à son climat actuel, qui nécessitera de coûteuses réorganisations en cas de changements majeurs– la liste ci-dessus n’est d’ailleurs pas exhaustive. Ce qui est certain, c’est qu’à mesure que la hausse des températures induite par l’activité humaine nous éloigne des conditions climatiques actuelles, davantage de phénomènes imprévus, potentiellement lourds de conséquences, peuvent survenir. Si ce risque est modéré pour un réchauffement de 1°C (au-dessus de la température de la décennie 1990), il devient substantiel à 3°C. Une des particularités de ces effets de seuil est que l’on ne réalise l’existence d’un point de bascule… qu’après son franchissement.

Référent scientifique

Christophe Cassou,

Chercheur au CERFACS (Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique).