Le climat du futur

Les modèles climatiques simulent l'atmosphère et son évolution. Vu la complexité du système climatique, il est impossible de le simuler analogiquement, c'est à dire avec des sortes de maquettes reproduisant la réalité. On utilise donc des programmes informatiques de simulation numérique.
Dans les faits, on met en équations le système climatique selon les lois physiques connues : on choisit les paramètres essentiels qui le caractérisent (température, précipitations, etc.) et on décrit mathématiquement leurs interactions et ce qui contrôle leur évolution. Une simulation est ensuite obtenue à partir de ces données, grâce à un très gros programme informatique. Comme on ne peut pas résoudre les équations à l'échelle de l'atmosphère entière, on découpe celle-ci en de nombreux petits volumes : on réalise ce que l'on appelle un maillage, car ça ressemble à ce que l'on obtiendrait si on entourait la Terre avec un (gros) filet de pêche (en 3 dimensions). Chaque « petit » volume fait ainsi typiquement 200 km × 200 km × 1 km. Un ordinateur résout ensuite les calculs au sein de chaque volume et sur une durée de temps déterminée (par exemple, mois par mois pendant 10 ans). On obtient ainsi une simulation numérique du climat.

Mais attention : l'atmosphère n'étant pas isolée des autres enveloppes terrestres (hydrosphère, biosphère, lithosphère), sa modélisation est couplée à celle des autres enveloppes.
Afin de vérifier que les modèles climatiques décrivent correctement le climat et son évolution – et donc que les simulations obtenues sont valables –, on confronte les résultats de ces dernières aux mesures et observations effectuées « en vrai ». Ainsi, les modèles climatiques sont utilisés depuis des décennies (les premiers datent des années 1960) et ont été validés et affinés au fil du temps.
L'un des grands intérêts de ces modélisations est qu'elles permettent de réaliser des projections climatiques, c'est-à-dire de simuler le climat du futur. On fixe des paramètres correspondant à la situation actuelle, puis on calcule ce que serait le climat dans 10, 50, 100 ans. On peut ainsi comparer l'évolution du climat en fonction de plusieurs scénarios.

Le réchauffement climatique qui se produit actuellement est unique par sa rapidité. De nombreuses méthodes, comme la glaciologie – l'étude des glaces – ou la paléopalynologie – l'étude des pollens – nous fournissent des informations précieuses sur les variations du climat par le passé, notamment au cours du dernier million d'années.
On sait donc que le réchauffement climatique actuel ne fait pas partie des variations climatiques « habituelles » dues aux modifications cycliques des paramètres astronomiques de la Terre qui font varier l'insolation.
Les modèles numériques permettent d'aboutir au même constat et confirment que notre espèce est responsable de ce réchauffement, notamment à cause de ses émissions de gaz à effet de serre (GES).
Le principal GES produit par les activités humaines est le dioxyde de carbone (CO₂) : il est responsable à lui seul d'environ 60 % de l'effet de serre supplémentaire depuis 1750 (on parle alors de « contribution anthropique » à l'effet de serre). Sa teneur a augmenté d'environ 30 %, passant de 0,028 % à 0,04 %. (Ces données ont été obtenues grâce aux dosages réalisés dans les bulles d'air emprisonnées dans les glaces anciennes du Groenland ou de l'Antarctique).
La principale source humaine de production de CO₂ est, de loin, la combustion des hydrocarbures d'origine fossile (gaz, pétrole, charbon). Les autres activités qui entraînent un dégagement important de CO₂ sont la déforestation (on brûle ou laisse se décomposer du carbone organique, ce qui le transforme en CO₂) et la production de ciment (en cuisant à haute température des argiles et du calcaire, on libère du CO₂ en plus de consommer beaucoup de combustibles fossiles).
Le second GES important d'origine humaine est le méthane (CH₄) : il est responsable d'un peu plus de 30 % de la contribution anthropique à l'effet de serre. Sa teneur dans l'atmosphère est très faible, mais sa capacité à « générer » un effet de serre est 23 fois celle du CO₂. Sa teneur dans l'atmosphère a presque triplé depuis 1750. La principale source humaine de production de CH₄ est constituée par les fuites de gaz naturel (essentiellement du méthane, environ 20 % des émissions totales), suivie par l'élevage des bovins, ovins et caprins (environ 15 % en raison de la rumination) et la fermentation dans les décharges (environ 12 %) ainsi qu'au fond des rizières (environ 5 %).
Enfin, le troisième principal GES produit par l'humanité est le protoxyde d'azote (N₂O), responsable d'environ 5 % de la contribution anthropique à l'effet de serre. Sa teneur dans l'atmosphère est extrêmement faible, mais il est 300 fois plus « puissant » que le CO₂ pour produire un effet de serre. Sa teneur dans l'atmosphère a augmenté de 20 % depuis 1750. Il provient principalement de la dégradation des engrais azotés, très utilisés en agriculture et au cours de processus industriels comme la fabrication de certains plastiques.

Les prévisions des modèles climatiques s'accordent sur une augmentation de la température de 1,5 à 5 °C d'ici à la fin du siècle. Une augmentation de 1,5 °C correspond à un scénario où les émissions humaines de GES seraient immédiatement limitées. Une augmentation de 5 °C correspond à un scénario où l'augmentation des émissions se poursuivrait.

Les conséquences prévisibles du réchauffement climatiques sont nombreuses : une élévation du niveau marin pouvant atteindre un mètre, une augmentation de la fréquence des événements climatiques extrêmes (pluies diluviennes, tornades, etc.), une acidification des océans (à cause de l'augmentation de la dissolution de CO₂ dans l'eau des océans) et un impact majeur sur tous les écosystèmes.