Title: Le système climatique : échelles d'espace et échelles de temps

Hervé Le Treut, ancien Directeur de l'Institut Pierre Simon Laplace

(Décembre, 2016)

Les informations pédagogiques

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Objectifs d'apprentissage

- Connaître le système climatique
- Appréhender le changement climatique
- Connaître les échelles de temps du système climatique
- Connaître les composantes du système climatique

Durée

⏱  Environ 20 minutes

⏱  Vidéo : 8'32

ODD concerné

- ODD 13 : Prendre d’urgence des mesures pour lutter contre les changements climatiques et leurs répercussions

La vidéo

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Dans cette vidéo, Hervé Le Treut, ancien Directeur de l'Institut Pierre Simon Laplace présente les principales composantes du système climatique. Il évoque leurs évolutions dans le temps ainsi que leur variabilité spatiale.

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La transcription

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Credits: by Fondation UVED (Author); Gilles Boeuf (Author); licence CC BY-NC-ND 4.0

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Quand on parle de changement climatique, on va nécessairement parler d’échelles de temps du système climatique. Ces échelles de temps du système climatique sont très diverses parce que le système climatique est lui-même fait de composantes qui sont très diverses.

1. Composantes du système climatique

L'élément central dans le système climatique est l'atmosphère. C’est celui de ces systèmes qui change le plus rapidement. La vitesse moyenne de l'écoulement atmosphérique c’est 10 m/s, c'est suffisant pour mélanger l'atmosphère à l'échelle de quelques semaines, de quelques mois, si on regarde les deux hémisphères. L'atmosphère, de ce point de vue-là distribue les climats à l'échelle de la planète, c'est donc le premier facteur qui module climat.

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Représentation simplifiée des composantes du système climatique, leurs processus et interactions.

Mais l’atmosphère a peu de mémoire. La mémoire essentielle est dans l'océan. L’océan se déplace à des vitesses qui sont beaucoup plus faibles, souvent sous l'influence de l'atmosphère, peut-être de manière cent fois plus lente que l'atmosphère. C’est un géant tranquille qui peut s'animer de temps en temps et qui va agir sur le climat plutôt comme un métronome, un gardien du temps comparé à l'atmosphère. On a d'autres composantes qui elles ont des échelles de temps bien supérieures : les glaciers qui sont là depuis des millions d'années très souvent, le sol, des rivières. On a toute une série de composantes qui peuvent avoir des vitesses extrêmement différentes. Tout ça s'anime au fil du temps. On sait qu'on a des échelles de temps, comme pour les grandes glaciations, qui se situent à l'échelle des centaines de milliers d'années, des dizaines de milliers d'années. Avant cela, on a une histoire de la planète qui couvre des centaines de millions d'années avec la dérive des continents. On a une histoire extrêmement riche.

2. De l’holocène à aujourd’hui

On met en évidence un contraste majeur entre une période où se sont développées nos civilisations, qui est très stable en fait en termes climatiques, et la période actuelle. On la décrit ici par trois paramètres qui sont trois gaz à effet de serre très importants : le CO2, le méthane et le protoxyde d’azote (figure ci-dessous).

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On voit que sur 10 000 ans, le temps où se sont développées nos civilisations, c’est une période très chaude dans l'histoire de la planète. Ces gaz ont peu évolué. A la fin de cette période, on voit au contraire une croissance extrêmement rapide de ces gaz à effet de serre. Ces gaz ont une croissance qu’on associe souvent avec le début de l'ère industrielle. En fait, on est dans un système d'évolution qui est encore plus récent que cela. Ce que montrent les petits encadrés gris, c'est que cette augmentation des gaz à effet de serre est postérieure à la Deuxième guerre mondiale. Cela s'explique parfaitement par, par exemple, les inventaires de combustion du charbon, du gaz naturel, du pétrole tels que peut les donner l'Agence Internationale pour l'Energie. On voit que le moment où tout cela augmente, le moment où tout cela s'emballe, c'est après la Deuxième guerre mondiale. On a un système qui s’est mis à évoluer très rapidement depuis cette époque-là.

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Si on s'en tient à ce seul niveau d'émission du CO2 liée aux activités humaines, liée à la combustion des produits fossiles, on était en début de la période concernée, c'est-à-dire dans les années 50 à 1 ou 2 milliards de tonnes de carbone par an, on est passé à 6 ou 7 milliards de tonnes de carbone sur le premier de ces deux diagrammes que j'ai mis ensemble (figure ci-dessus), qui en fait nous amène à la conférence de Rio en 1992. Rio est la première conférence où on a essayé de mettre en place une convention cadre des Nations Unies sur le changement climatique pour aussi pour essayer de réduire ces émissions. On voit qu'on n’y est pas arrivés et que depuis, on a continué à augmenter ces émissions qui sont maintenant à 10 milliards de tonnes de carbone par an. Donc, au sein d'un climat qui finalement a évolué à des échelles de temps très longues, on a créé un espace de variations extrêmement rapides comparé à un temps qui était relativement stable, qui est celui de nos civilisation et des 10 000 dernières années relativement chaudes dans lesquelles on a vécu.

3. Echelles d’organisation

Ce temps rapide des changements va s'articuler avec une géographie de ces changements. On a un système qui est particulier parce qu’il est très largement tributaire de ce qui se passe dans le domaine atmosphérique. Une des caractéristiques de l'atmosphère est d'avoir une circulation qui est partiellement organisée et partiellement imprédictible.

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Cette organisation se voit sur la carte ci-dessus qui est une image radar instantanée de l’atmosphère, et qui est issue d'un programme de la NASA pour mesurer les précipitations depuis l'espace. Près de l'Équateur on a par exemple ce qu'on appelle le pot-au-noir, ici en blanc. Ce sont des grands cumulo-nimbus qui marquent la ceinture équatoriale. A nos latitudes, on voit surtout des grands tourbillons qui sont des tourbillons autour des dépressions ou des anticyclones, et ils sont tous organisés à l'échelle des milliers de kilomètres donc on voit que l'atmosphère ne fonctionne pas de manière complètement chaotique. On pourra prévoir un certain nombre de choses mais on sait aussi que les prévisions météo sont limitées dans le temps à quelques jours. La capacité à faire des prévisions détaillées sera donc malgré tout limitée quand on s’intéressera aux dimensions régionales du changement. On a un peu la même situation dans l'océan. L'océan est organisé à très grande échelle, alors beaucoup par la forme des bassins océaniques. Vous avez sur la figure ci-dessous par exemple le Gulf Stream. Le Gulf Stream s'appuie sur le bord ouest de l'océan atlantique, c'est-à-dire sur la côte est des États-Unis. Il amène depuis le Golfe du Mexique jusqu'à l’Arctique à la fois des eaux chaudes et des eaux salées qui vont plonger, qui vont mettre en route des circulations océaniques très précieuses.

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On sait que si le climat change, si on a plus d'eau douce dans les hautes latitudes de l'océan Atlantique, ce Gulf Stream risque de reculer vers le sud. On sait dire un certain nombre de choses sur les évolutions possibles de la circulation océanique. En même temps, on voit que cette circulation océanique, s'accompagne d'une série de tourbillons absolument considérables. Ces petits tourbillons sont des tourbillons qui sont un peu l'équivalent océanique de nos dépressions et de nos anticyclones. On ne les connaissait pas il y a quelques décennies, c'est là aussi l'observation spatiale qui nous les montre (là ce sont des simulations numériques qui permettent de les visualiser de manière peut-être plus illustrée et plus imagée).

4. Conclusion

Le grand enjeu auquel on a à faire face en tant que société, c'est justement d'arriver à déchiffrer ce que sera le futur dans un monde qu'on est en train de secouer de manière très rapide par rapport à tous ces évolutions naturelles et dans lequel beaucoup d'éléments sont prévisibles mais beaucoup d'éléments ne seront pas prévisibles ? Cela veut dire qu'on sera obligés de les traiter comme des risques climatiques et ces risques climatiques sont maintenant une composante importante du paysage politique et avec lequel on doit affronter le futur.

Les ressources complémentaires

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Ressource UVED

- Climat à "long terme" : ruptures et irréversibilités, par Didier PAILLARD (CEA), MOOC Climat, 2015.

Credits

[Image: Crédits Fondation UVED]

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