Ce document contient la transcription textuelle d’une vidéo du MOOC « Causes et enjeux du changement climatique ». Ce n’est donc pas un cours écrit au sens propre du terme ; le choix des mots, l'articulation des idées et l’absence de chapitrage sont propres aux interventions orales des auteurs.

Les projections climatiques : cycle de l’eau, cryosphère, océan et carbone

Laurent BOPP
Directeur de recherche – CNRS

Nous allons nous intéresser à l'évolution du système climatique au cours des prochaines décennies mais au-delà de l'évolution de la température à la surface du globe. Nous allons nous intéresser à d'autres aspects du système climatique, comme le cycle de l'eau, le cycle du carbone, l'évolution de l'océan et l'évolution des surfaces englacées. Les modèles de climat ont évolué au cours des dernières décennies. La prise en compte de plus de processus, de plus de composantes du système climatique permet aujourd'hui de réaliser des projections de l'ensemble de ces composantes du système climatique.

1. Le cycle de l'eau

Le cycle de l'eau est une des composantes essentielles évidemment du système de climat. Les modèles climatiques montrent une amplification du cycle hydrologique avec le changement climatique. Vous avez sur les figures ci-dessous la façon dont les précipitations vont évoluer en réponse aux changements climatiques. À la fin du siècle, en 2100, par rapport à la période actuelle, les modèles de climat projettent une amplification des précipitations dans les zones qui sont déjà humides, comme les moyennes et hautes latitudes et comme la bande équatoriale, et une diminution des précipitations dans les zones sèches, comme les bandes subtropicales. Nous représentons ici le scénario RCP 8,5, qui est le scénario où les émissions de gaz à effet de serre sont importantes jusqu'à la fin du siècle, et le scénario RCP 2,6 où les émissions de gaz à effet de serre sont maîtrisées et diminuent fortement d'ici la fin du siècle. On voit que cette modification de précipitations est évidemment beaucoup plus importante, à la fois du côté de l'amplification et de la réduction, dans le cas du scénario RCP 8,5.

2. La cryosphère

Un deuxième aspect du système climatique est l'évolution de la cryosphère et des surfaces englacées. Les modèles climatiques projettent une diminution importante de la couverture de la banquise en Arctique. C'est le cas pour la banquise d'été, où nous voyons sur la figure ci-dessous l'évolution temporelle entre 1950 et 2100 de cette banquise au mois de septembre, de l’étendue de la banquise au mois de septembre. Dans le cadre du scénario RCP 8,5, les modèles projettent une disparition quasi totale de la banquise d'été en Arctique d'ici à peu près la moitié du XXIe siècle. Dans le cas du scénario RCP 2,6 par contre, l'évolution du système climatique permet un maintien de la banquise d’été, certes réduite par rapport à l'actuelle mais un maintien jusqu'à la fin du XXIe siècle. C'est ce que montrent aussi les deux cartes à droit de la figure. A la fin du XXIe siècle, il n'y aura plus de banquise d’été en Arctique pour le scénario RCP 8,5 et le maintien d'une banquise pour le scénario RCP 2,6.

D'autres aspects de la cryosphère sont aussi modélisés par les modèles de systèmes Terre ou les modèles de climat. C'est le cas de la couverture de neige dans l'hémisphère Nord dont les modèles montrent une diminution avec le changement climatique et c'est le cas aussi dans certains cas de l'évolution des calottes polaires Groenland et Antarctique.

3. L'océan

Un autre aspect du système climatique est l’océan. C'est une composante évidemment essentielle. Les modèles projettent une augmentation du contenu thermique de l'océan. L’océan va continuer à absorber la très grande majorité de la chaleur additionnelle générée par l'augmentation de l'effet de serre, plus de 90 % de cette chaleur additionnelle, et l'absorption de cette chaleur additionnelle génère évidemment une augmentation des températures de l'océan. Donc l’océan de surface va continuer à se réchauffer au cours des prochaines décennies. En parallèle de cette absorption d'énergie par l'océan, les modèles simulent une augmentation de la surface des mers. C'est l'élévation du niveau des mers. Cette élévation du niveau des mers est liée en partie à l'absorption d'énergie. C'est la dilatation thermique. Mais elle est aussi liée à la fonte des glaciers continentaux et des calottes polaires. Cette augmentation du niveau des mers à la fin du siècle pourrait atteindre jusqu'à 1 mètre par rapport à l'actuel pour le scénario RCP 8,5. Pour le scénario RCP 2,6, cette augmentation du niveau des mers serait réduite à quelques dizaines de centimètres jusqu'à 40 ou 50 cm à la fin du siècle.

4. Le cycle du carbone

Une dernière composante du système climatique que les modèles de système Terre simulent ou projettent est l'évolution du cycle du carbone dans les réservoirs naturels que sont l'océan et la biosphère continentale. Vous avez sur la figure ci-dessous deux exemples. Le premier concerne l'évolution du pH de surface de l'océan qui, en fait, répond au fait que l’océan continue à absorber du carbone anthropique. Le CO2 étant un acide faible, l’océan continue à s’acidifier en surface et on voit ici que le pH de l'océan pourrait perdre jusqu'à 0,4 unités pH d'ici 2100.

Le second concerne l'évolution des surfaces arborées entre 2100 et 2300 pour le scénario RCP 8,5 avec une diminution importante des surfaces arborées dans certaines régions du globe en réponse aux changements climatiques et la réédification de certaines zones.

5. CO2 et température

Grâce à la simulation du cycle du carbone et du système climatique couplé, les modèles du système Terre permettent d’établir une relation entre l'évolution des émissions de CO2 anthropiques liées à la combustion des fiouls fossiles et l'augmentation de température. Cette relation, démontrée par les modèles du système Terre, est quasi linéaire. Pour une émission cumulée de CO2 anthropique depuis le début de la période industrielle, les modèles du système climatique projettent un réchauffement donné (voir figure ci-dessous). Cette figure assez simple permet de faire quelques constatations également assez simples : si on veut limiter l'augmentation de température à 2°C en moyenne globale, ce graphique nous indique que les émissions cumulées de carbone doivent être inférieures à à peu près 1000 milliards de tonnes de carbone. Sachant qu'on a déjà émis à peu près 500 ou 550 milliards de tonnes de carbone, cela indique que pour limiter le réchauffement à 2°C, les modèles climatiques indiquent une limitation des émissions futures de CO2 à à peu près 400 - 450 milliards de tonnes de carbone.