Pourquoi les nuages sont la clé de nouvelles projections inquiétantes du réchauffement climatique

Jancovici
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Feb 10 · 10 min read
Stratocumulus au-dessus de l’océan Pacifique, au nord du Japon. NASA

Article de Fred Pearce February 5, 2020 dans Yale Environment 360
Published at the Yale School of Forestry & Environmental Studies
https://e360.yale.edu/features/why-clouds-are-the-key-to-new-troubling-projections-on-warming

Des modèles climatiques récents prévoient qu’un doublement du CO2 atmosphérique par rapport aux niveaux préindustriels pourrait faire monter en flèche les températures bien au-delà des estimations précédentes. Selon les chercheurs, le réchauffement de la terre entraînera une perte de nuages, ce qui permettra à davantage d’énergie solaire de toucher la planète.

C’est l’évolution la plus inquiétante de la science du changement climatique depuis longtemps. Une série de nouvelles études réalisées par les principaux groupes de modélisation du climat a remis en question une conclusion apparemment établie sur la sensibilité du climat à l’augmentation des gaz à effet de serre.

Ces études ont modifié la façon dont les modèles traitent les nuages, suite à de nouvelles recherches sur le terrain. Elles suggèrent que la capacité des nuages à nous maintenir au frais pourrait être considérablement réduite à mesure que le monde se réchauffe, ce qui entraînerait une surchauffe de la planète.

Les nuages ont longtemps constitué la plus grande incertitude dans les calculs climatiques. Ils peuvent à la fois faire de l’ombre à la Terre et piéger la chaleur. L’effet dominant dépend de leur degré de réflexion, de leur hauteur et du fait qu’il fasse jour ou nuit. Les choses sont d’autant plus compliquées que la dynamique des nuages est complexe et se produit à de petites échelles qui sont difficiles à inclure dans les modèles utilisés pour prévoir le climat futur.

Les préoccupations récentes sur la précision avec laquelle les modèles traitent les nuages se sont concentrées sur les couvertures de nuages bas que tout pilote international aura vu s’étendre à des centaines de kilomètres en dessous d’eux, à travers les océans. Les stratus marins et les stratocumulus refroidissent principalement la Terre. Ils ombragent environ un cinquième des océans, réfléchissant 30 à 60 % du rayonnement solaire qui les frappe en retour dans l’espace. On estime qu’ils réduisent ainsi de 4 à 7 % la quantité d’énergie qui atteint la surface de la Terre.

Mais il semble de plus en plus probable qu’ils pourraient s’amincir ou se consumer entièrement dans un monde plus chaud, laissant un ciel plus clair par lequel le soleil pourrait ajouter un degré Celsius ou plus au réchauffement de la planète. Comme le dit Mark Zelinka du Lawrence Livermore National Laboratory, auteur principal d’une revue des nouveaux modèles publiée le mois dernier : Les modèles “perdent leur écran solaire protecteur de façon spectaculaire”.

Le débat sur les nuages et le changement climatique s’inscrit dans le cadre d’une préoccupation plus large concernant les réactions au réchauffement de la planète.

Les nouvelles prévisions bouleversent un consensus sur la sensibilité de la planète au climat qui a persisté pendant les 32 ans d’existence du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat des Nations unies. Les cinq évaluations scientifiques du GIEC ont convenu que le doublement du dioxyde de carbone, le gaz à effet de serre le plus critique pour le réchauffement de la planète, par rapport aux niveaux préindustriels, finira par nous réchauffer d’environ 3° C (5,4° F), avec une barre d’erreur allant d’un minimum de 1,5° C (2,7° F) à un maximum de 4,5° C (8° F). C’est ce que l’on appelle dans le jargon la sensibilité du climat d’équilibre.

Ce consensus a été réaffirmé en 2018 lorsqu’une étude largement citée, dirigée par Peter Cox de l’Université d’Exeter, a constaté que la probabilité que la sensibilité du climat dépasse 4,5° C était “inférieure à 1 %”.

Mais le consensus est maintenant brisé. La plupart des principaux modèles climatiques — y compris ceux du Centre national américain pour la recherche atmosphérique (NCAR) et du Centre Hadley en Grande-Bretagne — calculent désormais la sensibilité du climat à un doublement des niveaux de CO2 en degré ou plus, allant jusqu’à 5,6° C (10° F). Il est presque certain que leurs conclusions figureront en bonne place dans la prochaine évaluation du GIEC sur la science physique du changement climatique, qui devrait être approuvée en avril prochain.

Dans l’intervalle, ces nouvelles conclusions devraient constituer une lecture inquiétante pour les négociateurs sur le climat qui préparent un nouvel accord sur la réduction des émissions de gaz à effet de serre qui doit être conclu à Glasgow, en Écosse, en novembre prochain. En effet, les estimations révisées rendent encore plus improbable la perspective de maintenir le réchauffement climatique en dessous de 2°C — sans parler de l’aspiration à 1,5° C convenue dans l’accord de Paris sur le climat il y a cinq ans.

Le débat sur le rôle des nuages dans le changement climatique s’inscrit dans le cadre d’une préoccupation plus large concernant les réactions au réchauffement de la planète. Il est clair depuis longtemps que “l’effet de serre”, qui consiste à doubler le CO2 dans l’atmosphère, augmentera directement les températures mondiales d’environ 1° C. La physique de ce phénomène est incontestée. Mais ce n’est qu’un début. Les choses se compliquent — et sont préoccupantes — en raison de l’amplification des rétroactions causées par la façon dont les systèmes naturels réagissent à ce réchauffement initial. Aucune n’est facile à évaluer avec précision.

Nuages au-dessus du sud de l’océan Indien, capturés par le vaisseau spatial Terra de la NASA. NASA/JPL-CALTECH

L’une des réactions est la fonte de la glace et de la neige qui recouvrent de vastes zones de la planète. Cela remplace les surfaces réfléchissant la lumière par des terres et des océans plus sombres qui absorbent l’énergie solaire et la rayonnent ensuite, réchauffant l’air. On est loin de savoir comment la banquise côtière, en particulier dans l’océan Arctique, va disparaître. La tendance est toutefois alarmante, l’étendue de la glace de mer arctique ayant diminué d’environ 10 % par décennie au cours des 40 dernières années.

Une deuxième raison est la vapeur d’eau supplémentaire qui se trouvera probablement dans une atmosphère future, car les températures plus élevées entraînent une plus grande évaporation de la terre et de l’océan. La vapeur d’eau est un gaz à effet de serre important en soi. Les modèles climatiques estiment que la vapeur d’eau supplémentaire doublera au moins l’effet de serre direct.

La troisième rétroaction, et la plus incertaine, est celle des nuages. Une grande partie de la vapeur d’eau présente dans l’air forme des gouttelettes d’eau qui se fondent en nuages. Nous pensons généralement que les nuages nous gardent au frais, et plus de vapeur d’eau devrait faire plus de nuages. Cela peut sembler utile. Mais les choses ne sont pas si simples.

Alors que pendant la journée, les nuages bas font de l’ombre à la planète, la nuit, ils agissent comme une couverture isolante. Pendant ce temps, les cirrus élevés agissent principalement comme des pièges à chaleur, réchauffant l’air en dessous d’eux. En général, au niveau mondial, les modèles ont suggéré que les effets de réchauffement et de refroidissement s’annulent mutuellement, et l’on a supposé que cela continuera à mesure que le monde se réchauffera. Mais les nouvelles analyses de modèles suggèrent le contraire.

Lors d’une réunion à Barcelone en mars dernier, les modélisateurs du climat ont commencé à se rendre compte que la plupart des principaux modèles climatiques mondiaux remettaient en cause l’ancien consensus du GIEC. Les données sont désormais de plus en plus publiques. Tout d’abord, en juillet, Andrew Gettelman, du NCAR, a indiqué que la modélisation révisée du centre avait abouti à une sensibilité du climat — l’augmentation de la température basée sur un doublement prévu des niveaux de CO2 — de 5,3° C (9,5° F), soit une augmentation de 32 % par rapport à sa précédente estimation de 4° C.

Les nuages s’aminciront et beaucoup ne se formeront pas du tout, ce qui entraînera un réchauffement supplémentaire.

D’autres suivirent bientôt. Le mois dernier, des chercheurs américains et britanniques, dirigés par Zelinka, ont indiqué que 10 des 27 modèles qu’ils avaient étudiés prévoyaient que le réchauffement dû au doublement du CO2 pourrait dépasser 4,5° C, certains résultats atteignant même 5,6° C.
Le réchauffement moyen prévu par la série de modèles était de 3,9° C (7° F), soit une augmentation de 30 % par rapport à l’ancien consensus du GIEC.

Les scientifiques français du Centre national de la recherche scientifique ont conclu que les nouveaux modèles prédisaient qu’une croissance économique rapide tirée par les combustibles fossiles entraînerait une hausse de température moyenne de 6 à 7° C (10,8 à 12,6° F) d’ici la fin du siècle. Ils ont averti qu’il était pratiquement impossible de maintenir le réchauffement en dessous de 2° C.

Zelinka a déclaré que les nouvelles estimations de la sensibilité accrue du climat étaient principalement dues aux changements apportés à la façon dont les modèles traitaient la dynamique des nuages. Les modèles ont montré que dans un monde plus chaud, les nuages contiendraient moins d’eau qu’on ne le pensait auparavant. Les nuages s’aminciront et beaucoup ne se formeront pas du tout, ce qui entraînera une “rétroaction positive plus forte” et un réchauffement supplémentaire.

Cette mise au point des modèles fait suite à des recherches récentes sur le terrain dans l’océan Austral, qui est actuellement l’une des régions les plus nuageuses de la planète. En volant à travers ces nuages, les chercheurs ont découvert qu’ils contiennent beaucoup plus d’eau et moins de glace qu’on ne le pensait auparavant. Ils étaient “optiquement plus épais et donc plus réfléchissants pour la lumière du soleil”, selon le programme Ivy Tan de la NASA.

Cela semble être une bonne nouvelle. Mais cela signifie que les modèles passés ont surestimé la quantité de glace dans ces nuages qui se transformera en eau liquide dans un monde plus chaud — et ont donc surestimé à la fois l’épaisseur des futurs nuages et leur capacité à nous garder au frais. Selon M. Tan, l’élimination de ce biais pourrait accroître la sensibilité du climat de 1,3° C.

Les données réelles des satellites suggèrent que les prédictions des modélisateurs pourraient déjà se réaliser.

Les modélisateurs ont également modifié leur façon de caractériser l’effet des aérosols anthropiques provenant de la combustion de carburant, en particulier dans les nuages. En général, les aérosols rendent les nuages plus épais et plus aptes à ombrager la planète. Le récent recalcul fait suite à de nouvelles estimations des émissions d’aérosols au milieu du 20ème siècle, une période où les émissions en plein essor dues à l’industrialisation rapide ont provoqué un refroidissement de la planète pendant plusieurs décennies, masquant l’effet de réchauffement dû à l’accumulation de CO2.

Les chercheurs ont conclu à partir de ces nouvelles données que l’effet de refroidissement des aérosols et l’effet de réchauffement du CO2 ont été plus importants que prévu, ce qui les a amenés à réviser à la hausse leurs estimations de la sensibilité du climat au CO2. Avec le CO2 qui continue de s’accumuler et des contrôles plus stricts du smog, l’effet masquant des aérosols de particules va certainement diminuer à l’avenir. L’augmentation de la sensibilité du climat au CO2 devrait donc dominer, donnant un coup de pouce supplémentaire au réchauffement.

Les données du monde réel provenant des satellites suggèrent que les prévisions des modélisateurs pourraient déjà se réaliser. Norman Loeb, du centre de recherche de Langley de la NASA, a montré qu’une forte augmentation des températures moyennes mondiales depuis 2013 a coïncidé avec une diminution de la couverture nuageuse au-dessus des océans. Il affirme que le ciel plus clair pourrait être le résultat de contrôles de pollution plus stricts en Chine et en Amérique du Nord.

D’autres chercheurs ont signalé une diminution des nuages de basse altitude dans les tropiques pendant les années chaudes. Dans son étude de 2016, le climatologue Tapio Schneider, alors à l’ETH Zurich, a noté que les modèles climatiques qui ont intégré ce lien dans leurs calculs prédisaient un réchauffement plus rapide de la planète.

Un modèle des nuages dans les concentrations actuelles et futures de CO2 atmosphérique, montrant un passage des nuages de stratocumulus aux cumulus épars, ce qui entraînerait un fort réchauffement. SCHNEIDER ET AL. NATURE 2019

Schneider, qui travaille maintenant au Caltech, a fait des vagues en février dernier en soutenant que la couverture nuageuse mondiale pourrait avoir un point de bascule, au-delà duquel les nuages “deviendraient instables et se désagrégeraient”, envoyant le réchauffement dans une spirale ascendante. Il a utilisé un modèle à résolution fine qui, selon lui, représentait beaucoup mieux la dynamique réelle des nuages que les modèles utilisés pour calculer le changement climatique.

Le point de bascule ne sera pas atteint tant que les niveaux de CO2 ne seront pas d’environ 1200 ppm, soit plus de quatre fois les niveaux préindustriels et trois fois les niveaux actuels. Mais une fois ce seuil franchi, il prévoyait que les températures s’envoleraient de 8° C (14,4° F) supplémentaires en raison de la perte des nuages. Il a suggéré qu’un tel point de bascule “pourrait avoir contribué de manière importante aux changements climatiques abrupts du passé géologique”.

Ce n’est pas la première fois que des prévisions climatiques aussi effrayantes émergent d’une analyse de modélisation de la façon dont les nuages pourraient se modifier dans un monde plus chaud. Il y a quinze ans, j’ai participé à un atelier de modélisateurs du climat où James Murphy, du centre Hadley de Grande-Bretagne, a expliqué comment il avait modifié le modèle climatique standard de son centre pour mieux refléter l’incertitude concernant la couverture, la durée et l’épaisseur des nuages. Le graphique qui en résultait montrait que le réchauffement le plus probable se situait encore à environ 3° C, mais avec une probabilité à “queue longue”* à l’extrémité supérieure. Il y avait une possibilité — il ne l’a pas mise plus haut — que le réchauffement puisse aller jusqu’à 10° C (18° F) pour un doublement du CO2.

David Stainforth de l’université d’Oxford avait fait la même chose sur un autre modèle et avait vu une “queue longue” s’étendant jusqu’à 12° C. Ils ont tous deux publié leurs conclusions dans Nature, mais celles-ci ont ensuite été plutôt mises de côté par les modélisateurs. Elles n’ont pas été reprises dans les résumés des évaluations scientifiques du GIEC sur le climat. Mais les nouvelles projections, plus chaudes, issues des dernières séries de modèles classiques suggèrent que Murphy et Stainforth étaient sur une piste.

Fred Pearce est un auteur et journaliste indépendant basé au Royaume-Uni. Il contribue à Yale Environment 360 et est l’auteur de nombreux livres, dont The Land Grabbers, Earth Then and Now : Amazing Images of Our Changing World, et The Climate Files : The Battle for the Truth About Global Warming (La bataille pour la vérité sur le réchauffement climatique).

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