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L'équipe ESTIMR (Extrêmes : Statistiques, Impacts et Régionalisation) du Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement développe de nouvelles méthodes d’analyses statistiques sur les observations et les simulations de l’état de l’atmosphère afin de mieux comprendre la variabilité du climat au cours de différentes périodes (passées, présentes et futures) et à différentes échelles spatiales (nuages, orages, cyclones). Des chercheurs et des doctorants de l’équipe présentent une partie de leur travail sur l’évolution des événements extrêmes dans le contexte du changement climatique.
Représentation des anomalies de températures dans différents pays entre 1900 et 2016.
La température moyenne à la surface de la Terre a augmenté de 1,09 °C depuis 1850, et le réchauffement s’accélère depuis 2000. Ce réchauffement résulte des gaz à effet de serre rejetés dans notre atmosphère par les activités humaines.
Depuis le début de l’industrialisation, la combustion de combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) a libéré dans l’atmosphère 1400 milliards de tonnes de dioxyde de carbone (CO2). Actuellement, la concentration de CO2 mesurée dans la basse atmosphère (volume d’air jusqu’à 15 km d’altitude) s’élève à 420 parties par million (ppm), soit une augmentation de 50% par rapport à la période préindustrielle.
Les événements extrêmes de cet été - vagues de chaleurs en Amérique du Nord et en Europe de l’est, incendies en Turquie et en Grèce, inondations en Allemagne, en Inde et en Chine – en lien avec le changement climatique, nous rappellent qu’il est aussi important de réduire les émissions de gaz à effet de serre que de se préparer à affronter la répétition et l’intensification des évènements extrêmes. Il devient alors nécessaire d’étudier l’évolution de ces évènements en fonction des climats futurs potentiels. Mais comment faire puisqu’il est impossible de prévoir la météo 1 mois à l’avance !
Différents types d'évènement extrême : Cyclone, pluie extrême, sècheresse, canicule marine, inondation de marée, inondation par des vagues, froid ou tempêtes de neige, réduction des banquises, évènements extrêmes multiples.
Météorologues et climatologues utilisent les mêmes modélisations de l'atmosphère (basées sur les équations de la mécanique des fluides notamment). Les météorologues cherchent à prévoir précisement l'état de l'atmosphère. C'est possible jusqu'à 15 jours mais impossible à long terme. Les climatologues étudient les évolutions possibles de l'atmosphère (plus généralement du système climatique : atmosphère, océans, biosphère, cryosphère..). Ils calculent l'état de l'atmosphère jour par jour sur des périodes très longues. Les calculs effectués avec des supercalculateurs durent plusieurs mois voire une année. Les résultats dépendent du taux de gaz à effet de serre et de son évolution. Avec un taux équivalent à celui de l'ère préindsutrielle, on simule un climat virtuel non perturbé par les activités humaines. On peut ensuite le comparer au climat réel ou aux climats potentiels futurs résultant de différentes évolutions de taux de gaz à effet de serre.
L'évolution des évènements extrêmes est étudiée de la même façon. Les climatologues repèrent des évènements extrêmes dans les simulations et les comparent sur différentes périodes, y compris des périodes passées. On peut par exemple comparer les vagues de chaleurs en France métropolitaine dans le cas où les émissions de gaz à effet de serre continueraient de progresser au rythme actuel (scénario RCP8.5). Sur la période 2071-2100, on observe plus de vagues de chaleur (boules rouges). Elles peuvent durer plus longtemps et être plus chaudes que celles de la période 2021-2050 (boules oranges). Leur nombre, représenté par leur grosseur, est aussi plus important. Dans ce scénario, les vagues de chaleur seront plus fréquentes que celles de la période passée (boules grises).
Les conditions de température, de pression, de vitesse, d’hygrométrie... et leurs variations en chaque point de l’atmosphère sont responsables de la pluie, du beau temps, ou d’évènements extrêmes. L’évolution de la météo est imprévisible à long terme car l’atmosphère est un système sensible aux petites perturbations (« sensibilité aux conditions initiales »).
La sensibilité aux conditions initiales est caractéristique des systèmes chaotiques. Elles existe aussi dans les modèles d’atmosphère simplifiés comme ceux proposés par le météorologue Edward Lorenz en 1963. L’état de l’atmosphère représenté par seulement 3 variables (par exemple : température, vitesse du vent, position des nuages) évolue au cours du temps de façon très différente même si les conditions initiales sont presque identiques.
Cependant, quelles que soient les conditions initiales, si on trace les valeurs des trois variables à chaque "pas de temps", l’évolution de l’atmosphère finit par dessiner une forme de papillon. Cette forme stable associée à la dynamique chaotique de l’atmosphère est appelée par les mathématiciens un attracteur.
Nous remercions tous les intervenants de l'équipe ESTIMR, particulièrement Davide Faranda, Bastien François, Meriem Krouma, Clément Devenet, Soulivanh Thao, Robin Noyelle.
