CRDP

Accueil > Les numéros > DocSciences 1 : Observer et comprendre les climats

Dossier

Observer le climat

Observer son voisin par la fenêtre, Saturne au télescope, une paramécie au microscope, rien de plus simple ! Mais pas le climat. Ce que l’on observe, c’est le temps qu’il fait, la température, le vent, la pluie, les nuages, en un lieu et à un instant précis. Le climat n’est qu’une moyenne et de plus sur une longue période. Autant dire qu’il faut s’armer de patience et d’instruments de qualité si on veut déterminer le climat en un point et, a fortiori, sur toute la Terre !

Il y a cinquante ans, quel chercheur pouvait bien s’intéresser au climat ? La climatologie consistait surtout à décrire un état moyen de l’atmosphère, au prix de laborieux calculs des moyennes sur trente ans de nombreux paramètres mesurés par des instruments souvent archaïques. On accordait peu d’attention au rôle de l’océan et de la végétation. Les applications avaient trait à la prévision du temps, à l’agriculture, à la gestion des ressources en eau, à l’ingénierie, aux systèmes d’alerte et à la navigation maritime ou aérienne. On ne se préoccupait pas beaucoup d’améliorer la précision des mesures, le climat étant perçu comme essentiellement stable. La prise de conscience de la réalité du réchauffement climatique a tout changé.

JPEG - 202.7 ko
Illustration de l’A-Train © CNES/ill./CARRIL Pierre, 2005
L’A-Train est une constellation de six satellites franco-américains qui volent en formation

UN SYSTÈME GLOBAL D’OBSERVATION DU CLIMAT

D’une discipline mineure, la climatologie a été promue au rang de champ de recherche prioritaire. Les décideurs politiques et la société posent des questions aux scientifiques : Quels sont les effets à long terme de l’action humaine sur l’environnement planétaire ? Le changement climatique va-t-il en s’accélérant ? Comment nous préparer et nous adapter aux changements du climat local et régional ?

Les réponses à ces questions ont des conséquences économiques majeures pour le monde entier. Un système global d’observation du climat permettrait d’affiner les projections du climat futur et aiderait à la prise de décision pour s’adapter à la variabilité et au changement climatique, et favoriser un « développement durable ».

Comme dans toute science, mesures et observations sont nécessaires pour valider (ou infirmer) hypothèses et théories du climat. Mais celui-ci ne peut être contrôlé comme dans une expérience de laboratoire.

Pour prévoir le temps, les météorologistes utilisent des modèles numériques qui se fondent sur une connaissance a priori de la physique des fluides, représentée par des équations classiques, comme la conservation de la masse, de l’énergie et de la quantité de mouvement. Partant de conditions initiales et aux limites du système, ces équations permettent de décrire son évolution. L’imprécision des conditions initiales et les approximations de calcul font que la prévision s’écarte peu à peu du temps observé, et après quelques jours devient irréaliste. Cette dérive oblige à acquérir en permanence de grandes quantités de données fraîches, assimilées en continu dans les modèles, pour minimiser les différences entre les prévisions et le monde réel.

Les exigences vis-à-vis du système d’observation et de prévision du climat sont bien plus sévères que celles qui s’imposent à la météorologie : la mesure des petites variations associées au changement climatique attendu n’est pas simple, et l’horizon des projections va de la décennie au siècle et au-delà.

Météorologie ou climatologie ?

La météo c’est le temps qu’il fait ou qu’il fera à courte échéance. La prévision météorologique est réalisée grâce à des mesures effectuées au sol, dans l’atmosphère et dans l’espace. Ces mesures concernent essentiellement la structure et les caractéristiques de l’atmosphère (température, pression, humidité, fronts de masses d’air). Ces paramètres évoluent à l’échelle de la semaine tout au plus et rendent donc très difficile la prévision au-delà de dix jours.

La climatologie s’intéresse à l’ensemble des variables qui interviennent dans l’équilibre énergétique de la Terre. Elle concerne l’étude à long terme des conditions météorologiques moyennes d’une région du globe, en prenant en compte les contributions naturelles et anthropiques (Voir en bas de page) aux échanges énergétiques entre terre solide, océan et atmosphère.

COMMENT DÉTECTER LE RÉCHAUFFEMENT GLOBAL ?

D’abord on détecte le réchauffement global en observant… le passé. Mais les séries archivées de température ne remontent qu’à 1860, et la détermination d’une température moyenne globale et de sa variation à partir de données rares et disparates reste difficile. La mise en place de systèmes de mesure modernes pose de multiples défis, lorsqu’il s’agit par exemple de détecter une croissance de l’ordre d’un dixième de degré en dix ans de la température moyenne à la surface de la Terre.

D’autre part, la variabilité naturelle du climat est attestée à des échelles de temps allant des années aux siècles et aux millénaires. La perturbation induite par l’activité humaine se superpose à cette variabilité : on ne pourra donc détecter les signaux associés au changement du climat que s’ils surpassent cette variabilité naturelle.

La détection des changements du climat à partir d’observations sur de longues périodes implique aussi de disposer de séries de mesures à la fois précises et stables. La précision désigne l’erreur systématique sur la mesure par rapport à la réalité. La stabilité se réfère à l’évolution à long terme de la précision de la mesure, par exemple sur dix ans.

Également si les changements sont relativement lents à l’échelle globale, ils peuvent être importants au niveau régional, comme le retrait des glaciers, la désertification ou la submersion de zones côtières. La détection du changement climatique global est beaucoup plus difficile que la surveillance des impacts régionaux.

JPEG - 394.5 ko
Image de la Terre réalisée par le satellite Meteosat (© Eumetsat)
Meteosat tourne autour de la Terre à la même vitesse que celle-ci. Il fait partie des satellites géostationnaires qui observent en permanence une zone particulière de la planète.

De plus, détecter ne suffit pas : les observations doivent prouver que le climat change et même attribuer les changements à une cause particulière.

Faut-il le dire, rien de tout cela n’est aisé et on doit convenir que le système d’observation actuel du climat n’est pas parfaitement adapté pour répondre à ces défis.

Tel le dieu romain Janus, la technologie a deux visages. Elle sert d’outil à l’humanité pour l’exploitation intensive de la nature. Elle nous fournit aussi des outils pour observer et surveiller la Terre. Sans cela, nous ne pourrions pas détecter les modifications infimes de la composition atmosphérique ou des courants océaniques, ni cartographier les changements des couverts continentaux, qui contribuent à l’altération du climat.

Les avancées techniques ont affecté tous les systèmes d’observation, notamment avec l’arrivée des satellites. Les progrès de la miniaturisation, des antennes, des débits de communication, des techniques radar et de la stabilité des oscillateurs ont permis l’emport à bord de satellites de capteurs actifs capables d’acquérir des observations en tous temps, jour et nuit, et de transmettre au sol d’énormes volumes de données de résolution spatiale et temporelle toujours plus fine. La sensibilité accrue des détecteurs a permis le sondage vertical de l’humidité et de la température, la détection et la surveillance de composés minoritaires de l’atmosphère. Les progrès des ordinateurs et des mathématiques ont à leur tour permis le développement de modèles prédictifs plus réalistes du système Terre.


lexique

Variabilité anthropique du climat : Changement du climat résultant des activités humaines. Aujourd’hui elle s’ajoute à la variabilité naturelle du climat (ses changements naturels). Retour au texte

En savoir plus

Voir également : la galerie « Satellites et images de la Terre »

Livres

  • Achache J., Les Sentinelles de la Terre, Hachette, 2006.
  • Cazenave A., Massonnet D., La Terre vue de l’espace, Belin, 2004.
  • Fellous J.-L., Avis de tempêtes. La nouvelle donne climatique, Odile Jacob, 2003. • Fellous J.-L., Le Climat, coll. « Idées reçues », Le Cavalier Bleu, 2005.

Sites internet