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Le climat à découvert

 | 
Catherine Jeandel
, 
Rémy Mosseri

Première partie. Le système climatique

1. Le climat : un thème de recherche pluridisciplinaire

Sylvie Joussaume

Texte intégral

Définir et caractériser le climat et ses variations

1Le climat est défini comme la statistique du temps qu’il fait, ce qui place les sciences étudiant l’atmosphère au cœur des disciplines concernées par le climat. Les mesures de température, des précipitations, des vents, du réseau mondial de stations météorologiques mis en place depuis la fin du XIXe siècle par l’Organisation Mondiale de la Météorologie constituent la base de la connaissance du climat. Les observations satellites, développées au cours des trois dernières décennies, permettent d’obtenir une couverture géographique globale, qui complète les réseaux de mesures au sol. À ces mesures s’ajoutent celles de l’état de surface des océans en interaction étroite avec l’atmosphère.

2Au-delà de ses caractéristiques physico-chimiques, le climat façonne l’état de la surface des continents et joue un rôle important dans la vie des sociétés. Sur les continents, la répartition de la végétation est un des meilleurs reflets des conditions climatiques tant le cycle saisonnier des températures et des précipitations régit la vie des écosystèmes. Cette dépendance a même sous-tendu les premières classifications du climat par Köppen. L’impact sur les paysages et les sociétés est tel que la climatologie constitue une des branches de la géographie qui, avant même le développement d’approches par la physique et l’étude de la dynamique du climat, a été la première à porter ce domaine.

Fig. 1 – Schéma du système climatique présentant les différentes composantes du système : atmosphère, océans, cryosphère*, biosphère* et lithosphère*, leurs constantes de temps et leurs interactions en termes d’échanges d’énergie, d’eau et de carbone. Source : Joussaume, 1993

3La connaissance du climat ne s’arrête pas à la seule période pour laquelle nous disposons de mesures directes des paramètres atmosphériques. Au-delà de cette période instrumentale, la paléoclimatologie permet de déterminer les grandes variations des climats passés. Elle fait appel à différents indicateurs dépendant des caractéristiques climatiques. Ainsi, les roches, les pollens, les cernes des arbres, les faunes fossiles des sédiments* marins, la composition de la neige accumulée dans les calottes de glaces nous renseignent sur l’histoire passée du climat et permettent, à travers le développement de fonctions de transfert (cf. IV-1), de reconstruire les climats passés.

4La mesure du climat actuel et de ses variations passées nécessite donc en elle-même des approches pluridisciplinaires rassemblant atmosphériciens, océanographes, géographes, palynologues*, glaciologues, géologues…

Étudier le fonctionnement du système climatique*

5Au-delà de la caractérisation du climat, son fonctionnement nécessite de rassembler différentes disciplines. Le climat résulte en effet des interactions entre les différentes composantes du système climatique (atmosphère, océans, cryosphère*, biosphère*, lithosphère*). Ces différentes composantes interagissent à travers des échanges d’eau, d’énergie et de carbone (figure 1). Étudier le fonctionnement du système climatique nécessite de mieux comprendre les processus opérant dans chacune de ces composantes ainsi que les mécanismes d’interaction au sein et entre les composantes.

6Au cœur du fonctionnement du système climatique, l’atmosphère et les océans. Ces deux fluides de la planète jouent un rôle crucial par la redistribution d’énergie par les vents et les courants des régions tropicales vers les hautes latitudes. Transferts radiatifs dans l’atmosphère, formation des nuages, dynamique atmosphérique, dynamique océanique, formation d’eau profonde par plongée d’eau dense… sont autant de processus physiques qui participent au fonctionnement du climat. À ces processus s’ajoutent les mécanismes d’interaction entre l’atmosphère et les océans, comme le phénomène ENSO* qui résulte du couplage des circulations atmosphériques et océaniques dans le Pacifique tropical. L’étude de l’atmosphère et des océans ainsi que celle de leurs interactions nécessite le développement de techniques de mesure physiques et chimiques, le déploiement de systèmes d’observation – stations, campagnes de mesures, satellites – et le développement de modèles numériques permettant d’étudier les mécanismes de fonctionnement du système.

Fig. 2 – Photo satellite au-dessus de l’Asie Mineure montrant différentes composantes du système climatique : l’atmosphère visible par ses nuages, les océans avec un dégradé de couleurs mettant en évidence la présence de phytoplancton (en bleu clair), les continents recouverts de végétation. © SeaWiFS Project (NASA/GSFC & Orbimage)

7Glaces et neige, qui constituent la cryosphère, interviennent sur le bilan radiatif à travers leurs propriétés réfléchissantes. Elles constituent également des réservoirs d’eau. Sur les océans, la glace de mer modifie les échanges d’eau, d’énergie et de constituants entre les océans et l’atmosphère. L’étude des climats passés montre également de grandes modifications des calottes de glace au cours des cycles glaciaires et met en évidence des interactions avec les océans et le climat par l’apport intense d’eau douce lors de débâcles massives d’icebergs. Si ces processus font essentiellement appel à la physique de chacun des milieux, la mise en évidence de variations naturelles du gaz carbonique au cours des cycles glaciaires-interglaciaires par l’étude des carottages dans les glaces de l’Antarctique a mis en évidence l’importance du rôle de la biosphère, et donc de la biologie, dans le système. Ces variations font en effet intervenir les organismes vivants, végétation sur les continents et plancton dans les océans. Ceci demande d’étudier les interactions entre le climat et les cycles biogéochimiques de différents éléments comme le carbone, ce qui nécessite un travail de collaboration entre physiciens, écologues et biogéochimistes. Ces interactions interviennent tant dans les océans, où la biologie modifie les flux de carbone, que sur les continents où la dynamique de la végétation modifie la quantité de carbone stockée ainsi que les échanges de vapeur d’eau et d’énergie (figure 2). Le cycle du carbone n’est pas le seul concerné, la composition chimique de l’atmosphère, tout comme sa concentration en ozone ou sa teneur en particules, nécessite également des approches conjointes physiques-chimiques voire biogéochimiques afin de comprendre ces cycles et leurs interactions avec le bilan radiatif et les composantes du système.

8La Terre solide, régie par la tectonique des plaques, intervient également dans les modifications du climat, ceci à des échelles de temps très diverses. Les volcans sont une source de particules qui refroidissent le climat sur de courtes périodes, de 6 mois à quelques années. Au cours des cycles glaciaires, l’enfoncement du socle rocheux diminue l’altitude des calottes de glace et intervient sur la durée des glaciations. Aux très grandes échelles de temps, supérieures au million d’années, la tectonique devient même le premier moteur des variations du climat en modifiant la répartition des continents et la teneur en gaz carbonique.

9Étudier le fonctionnement du système climatique nécessite donc d’interfacer différentes disciplines. Ce développement d’une approche intégrée a fait émerger le terme de « sciences du Système Terre » maintenant au cœur de l’étude du climat. Cette spécificité rend difficile la classification des différentes disciplines. En effet, un chercheur peut à la fois s’intéresser au climat et être océanographe ou atmosphéricien. De plus, de nombreuses études de processus contribuent à la connaissance du système sans pour autant se focaliser sur le climat. Pratiquement toute la communauté travaillant sur l’atmosphère, les océans et les interactions avec la surface continentale contribue à l’étude du climat. En France, l’effectif total est d’environ 1 700 chercheurs et ITA (ingénieurs, techniciens et personnels administratifs) dont 45 % CNRS*, 33 % universités et 22 % dans les autres organismes de recherche (Prospective INSU*, 2006-2011). Mais si l’on regarde l’analyse faite lors des exercices de prospective de l’INSU, environ 50 % des chercheurs océanatmosphère se déclarent comme travaillant sur le climat (soit environ 450 chercheurs).

10Les recherches dans ce domaine s’intègrent dans des programmes internationaux. Le Programme Mondial de Recherches sur le Climat s’est mis en place depuis 1980, prenant la suite du Programme Global de Recherches sur l’Atmosphère lancé en 1967. Il coordonne les recherches effectuées dans les différents pays ainsi que les différentes observations et expériences numériques (comme la réalisation des simulations pour la préparation des rapports du GIEC*) afin d’améliorer la connaissance sur le climat et sa variabilité. Il est complété par le Programme International Géosphère-Biosphère, mis en place depuis 1988, pour intégrer davantage les études biogéochimiques et l’étude des climats passés.

La question du changement climatique

11Au-delà de l’étude du fonctionnement du système climatique, comprendre les rétroactions du climat sur la société amène à élargir encore davantage l’éventail de disciplines concernées par la question du climat. Économistes et démographes travaillent à la mise en place des scénarios socio-économiques d’évolution future des émissions de gaz à effet de serre* à la base des projections climatiques analysées dans les rapports du GIEC. En retour, le changement climatique affecte de nombreux milieux et secteurs : hydrologie, agriculture et écosystèmes, santé, économie, société, assurances, tourisme… Ces thématiques nécessitent l’émergence de démarches couplant différentes disciplines pour aider à mieux répondre aux questions soulevées par les changements climatiques. Le climat, en tant qu’enjeu de société, devient lui-même une thématique de recherche débordant du domaine de la climatologie. Il devient donc plus difficile d’en cerner les contours.

Bibliographie

Références bibliographiques

• S. JOUSSAUME - Climat, d’hier à demain, CNRS Éditions, 2000.

• INSU, Prospective Océan-Atmosphère, 2006-2011. www.insu.cnrs.fr/co/publications/prospective-2005-en-ocean-atmosphere

• A. P. M. BAEDE, E. AHLONSU, Y. DING et D. SCHIMEL - The Climate System, an Overview, 3e rapport IPCC, Ch. 1, 2001.

• K. E. TRENBERTH - Climate System Modeling, Cambridge University Press, 1992.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Schéma du système climatique présentant les différentes composantes du système : atmosphère, océans, cryosphère*, biosphère* et lithosphère*, leurs constantes de temps et leurs interactions en termes d’échanges d’énergie, d’eau et de carbone. Source : Joussaume, 1993
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Légende Fig. 2 – Photo satellite au-dessus de l’Asie Mineure montrant différentes composantes du système climatique : l’atmosphère visible par ses nuages, les océans avec un dégradé de couleurs mettant en évidence la présence de phytoplancton (en bleu clair), les continents recouverts de végétation. © SeaWiFS Project (NASA/GSFC & Orbimage)
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Auteur

© CNRS Éditions, 2011

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