Les formidables défis du changement climatique

Les formidables défis

du changement climatique

Valérie Masson-Delmotte

Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (Gif-sur-Yvette, France)

BAS

Aristote, Grèce, 340 av. J.C. (les Météorologiques)

« De même que l’hiver survient dans les saisons de l’année, ainsi, au cours d’une longue période de temps survient un grand hiver […]. [Ces phénomènes] se produisent si progressivement et si graduellement et pendant des périodes de temps si longues par rapport à notre vie, qu’ils passent inaperçus, et, avant qu’on puisse les enregistrer du début à la fin, des nations entières périssent ou sont détruites.”

Antiquité Moyen Age

17^ème siècle Instruments météo

19^ème siècle Réseaux Glaciations Effet de serre Physique des fluides Thermodynamique Transferts radiatifs

20^ème siècle Climats passés

Modélisation du climat Datations/reconstructions Super calculateurs

Satellites

Histoire des sciences du climatSciences du Climat

Histoire des sciences du climatPréambule

• Chercheurs = sceptiques professionnels

• Progrès scientifiques = remises en cause de l’état des connaissance Nouvelles données (expériences réplicables)

Nouvelles méthodes

Nouvelles théories (vérifiables)

• Débat scientifique : règles déontologiques

Publication des données, méthodes, résultats Relecture par les pairs (peer review)

Physique du climat

Forçages externes

couplages,rétroactions

Variabilité Changement Système climatique

Constantes de temps

Source : Bard 2006

Equilibre radiatif

Solaire réfléchi Solaire

incident

Infrarouge émis

Rétroactions

Temps caractéristique de réponse:

Océan de surface ~ 5 ans Océan profond ~ 250 ans

L’atmosphère,

fenêtre des échanges de rayonnement

Equilibre radiatif

Du climat global (équilibre radiatif) au climat local…

Equilibre radiatif

Composition atmosphérique

Région parisienne Massif central Irlande

Océan austral

Source : observatoire RAMCES

Fate of Anthropogenic CO₂ Emissions (2000-2008)

Le Quéré et al. 2009, Nature-geoscience; Canadell et al. 2007, PNAS, updated

Déforestation : 5 Gt CO²/an

+

28 Gt CO²/an

29%

45%

26%

Composition atmosphérique

Emissions : +40% par rapport à 1990

Equilibre radiatif

Composition atmosphérique

IPCC AR4

-64 -60 -56 -52

Temperature DC (°C)

800x10³ 600 400 200 0 -200

Age (ky BP)

160 120 80 40 0 Sea level (m)

60 40 20 0 -20

NH June insol (W/m²)

360 320 280 240 200

CO2 (ppmv)

800

600

CH4 (ppbv) 400

Forçage orbital

Couplage étroit climat Cycle du carbone

Mise en perspective:

les derniers 800 000 ans

Niveau mers (m)

Ensol. Été HN (W/m²)

Projet EPICA

Les derniers 800 000 ans

Millions d’années avant le présent

Perspective géologique

Hansen et al 2008

Perspective géologique

Equilibre radiatif

Mesures météorologiques

UK Met Office

Equilibre radiatif

Mesures météorologiques

NASA/GISS

Les différences entre notre perception (la météo locale) et l’échelle globale

NASA/GISS

NCEP/CAMS Hiver 2009-2010

Eté 2010

Equilibre radiatif

NASA/GISS

Equilibre radiatif

D’où vient la variabilité du climat?

Lean et Rind 2009

Equilibre radiatif

Spectaculaires changements dans l’Arctique

Cryosphere Today

Equilibre radiatif

Facteurs naturels, anthropiques

IPCC 2007

Forçages naturels et anthropiques

Forçages naturels seuls

Equilibre radiatif

Equilibre radiatif

IPCC AR4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1990 2010 2030 2050 2070 2090 Années

Concentrations en CO2 (ppmv)

A1 A2 B1

Rejets de CO2 (Gt CO2/an)

Equilibre radiatif

IPCC AR4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1990 2010 2030 2050 2070 2090 Années

Concentrations en CO2 (ppmv)

A1 A2 B1

Rejets de CO2 (Gt CO2/an)

1990 1995 2000 2005 2010 2015

Fossil Fuel Emission (GtC y-1 ) 5 6 7 8 9 10

A1B A1FI A1T A2 B1 B2

Carbon Dioxide Information Analysis Center International Energy Agency

Equilibre radiatif

IPCC AR4

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1990 2010 2030 2050 2070 2090 Années

Concentrations en CO2 (ppmv)

A1 A2 B1

Rejets de CO2 (Gt CO2/an)

100 200 300 400 500 600 700 800 900

1990 2010 2030 2050 2070 2090 Années

Concentrations en CO2 (ppmv)

A1 A2 B1 obs

Equilibre radiatif

Lean and Rind 2009

Réchauffement global (C)

Année

+3.5°C

+2.8°C

+1.8°C

IPCC AR4

Paliers, accélérations

sans même les facteurs naturels!

IPCC AR4

Pourquoi une dispersion entre modèles de climat ?

Changement de température globale (2xCO₂)

feedbacks direct radiative effect

Dispersion entre modèles (°C)

D’où vient la dispersion entre modèles?

Source : Solomon et al 2009

mois mois mois mois

mois mois

mois mois

Evolution des pluies pendant la saison sèche ( % par °C de réchauffement)

Mexique, Sud Ouest USA Afrique du Nord Europe du Sud Arctique

Ouest de l’Australie Asie du Sud-East

Afrique du Sud Est de l’Amérique du Sud

Changement de précipitations (% par °C)Changement de précipitations (% par °C)

Niveau des mers

A. Cazenave, 2009

Projections :

IPCC AR4 : 20 à 60 cm

Travaux récents : 50 à 150 cm

Incertitudes : Groenland & Antarctique

Et pour le futur à plus long terme:

« inéluctable» à « irréversible»

Doublement de la concentration atmosphérique en CO₂, pendant 500 ans

Sans fonte du Groenland Global : +3.4°C

Avec fonte du Groenland Global : +3.1°C

Swingedouw et al, 2007

Du constat scientifique aux enjeux politiques

Convention cadre des Nations Unies sur le changement climatique

Stabiliser les concentrations de gaz à effet de serre dans l’atmosphère à un niveau qui éviterait une interférence anthropique dangereuse avec le système climatique Développement durable

Assurer le bien-être des hommes d’aujourd’hui, sans compromettre celui des hommes de demain

L’état des négociations climatiques…

Les formidables défis du changement climatique

• Défis scientifiques

- comprendre comment fonctionne le climat

- anticiper les risques climatiques et leurs impacts : écosystèmes et activités humaines

• Défis politiques - adaptation

- atténuation (« mitigation »)

• Responsabilité morale

- entre pays, entre générations

• Crispations

- alarmisme ou déni

- opportunités / vulnérabilités

- pas de solution simple mais un ensemble de stratégies

Une palette de solutions

Equilibre radiatif

Des tendances à long terme aux variations d’une année à l’autre

Lean and Rind 2009

Facteurs anthropiques

Activité solaire El Niño Observations (CRU)

Calcul (r=0,8)

Température moyenne globale

Composantes du changement de température

Aérosols volcaniques

Evolution du volume des grandes calottes polaires

Source : UNEP

L’art du compromis

Réalisme / temps de calcul

• une simulation : 3 mois super calculateur

• IPCC : 80 000 heures

• 40 To de données

100 ans = 2 semaines de calculs

100 ans de climat = 2,5 ans de calcul

1°x1°x50 niveaux

3,5°x2,5°x19 niveaux

Source : P. Braconnot

Très probablement plus de vagues de chaleur, moins de périodes froides Probablement :

• plus de régions affectées par la sécheresse

• risques d’inondations dans d’autres régions

• plus d’événements de précipitations intenses

• plus de cyclones tropicaux intenses

Précipitations

Hiver Eté

Europe

La fin du siècle par rapport à 2000

Températures

Equilibre radiatif

Composition atmosphérique

LSCE

Rejets mondiaux 2009 : +40% par rapport à 1990

Fraction de CO² qui reste dans

l’atmosphère: 45%

Equilibre radiatif

bancs d’essai des modèles de climat

Average of 7 models

Inter-model spread

Climat du dernier maximum glaciaire (il y a 21 000 ans)

Instabilités rapides du climat : bascule bi-polaireLa bascule bi-polaire du climat en période glaciaire

Stocker and Johnsen, 2003

N. Atlantic TN

S. Ocean TS

-10 -5 0 5

100 50

-10 -5

0

450 400

350 300

250 200

150

-45 -40 -35

-10 -5 0

800 750

700 650

600 550

500

Evènements de Dansgaard-Oeschger

2 34 4.1

5

6 8

7 9

10 11 12

13 14

15 16

17 18_18.119 20 21 22

23 24 25

North GRIP

ACR

T_I

T_II

T_III T_IV T_V

T_VI

T_VII

T_VIII T_IX δ ¹⁸O in ‰

°C

°C

°C Age en ky BP

Age en ky BP

Age en ky BP MIS 2

MIS 3

MIS 4

MIS 6

MIS 8

MIS 10

MIS 12.3

MIS 14.2

MIS

16.2 MIS

18.2

MIS 19.3 MIS 5.5

MIS 5.4 MIS

5.1

MIS 5.2 MIS 5.3

MIS 7.5 MIS

MIS 7.3 7.1

MIS 7.2

MIS

7.4 MIS

9.3

MIS 9.2

MIS 11.3 MIS

11.1

MIS 11.2

MIS 12.2

MIS 12.4

MIS 13.1

MIS 13.2

MIS 13.3

MIS 14.3

MIS 14.4

MIS 15.1

MIS 15.5 MIS

15.3

MIS 15.2

MIS

15.4 MIS

16.3 MIS 16.4

MIS 17.3

MIS 18.3 0 1

La bascule bi-polaire

du climat en période glaciaire

Réponse modèle climat à flux d’eau douce

Otto-Bliesner et al QSR 2010

AMOC

Greenland T

S. Atl. T

EDML T

EDC T

• Amplitudes de température:

~ 6°C au Groenland, 1°C en Antarctica

• Groenland:

Refroidissement abrupt, réchauffement lent (le contraire des observations!)

Simulations des instabilités abruptes

Model years

Le climat change…

au-delà de la variabilité « naturelle »

Source : IPCC 2007

Le climat change au-delà de la variabilité naturelle

Modelling

(natural and human forcings) Modelling

(natural forcings only)

Source : IPCC 2007