Cinq prévisions pour lesquelles les premiers modèles climatiques avaient vu juste – les preuves sont partout autour de vous

 

Les modèles climatiques sont complexes, à l'image du monde qu'ils reflètent. Ils simulent simultanément les flux chaotiques et interactifs de l'atmosphère terrestre et des océans, et fonctionnent sur les plus grands supercalculateurs du monde.

Les critiques de la science climatique, comme le rapport rédigé pour le ministère de l'Énergie par un groupe d'experts en 2025, soulignent souvent cette complexité pour affirmer que ces modèles sont trop incertains pour nous aider à comprendre le réchauffement actuel ou nous renseigner sur l'avenir.

Mais l'histoire de la science climatique raconte une tout autre histoire. Les premiers modèles climatiques ont émis des prévisions précises sur le réchauffement climatique des décennies avant que ces prévisions puissent être confirmées ou infirmées. Et lorsque les observations sont arrivées, les modèles étaient exacts. Les prévisions ne se limitaient pas au réchauffement moyen mondial ; elles prédisaient également les schémas géographiques de réchauffement que nous observons aujourd'hui.

Syukuro Manabe a reçu le prix Nobel de physique en 2021. Johan Nilsson/TT News Agency/AFP

Ces premières prédictions, établies dans les années 1960, provenaient en grande partie d'un seul laboratoire gouvernemental, quelque peu obscur, situé près de Princeton, dans le New Jersey : le Laboratoire de dynamique des fluides géophysiques. Nombre de ces découvertes portent l'empreinte d'un modélisateur climatique particulièrement visionnaire et persévérant, Syukuro Manabe, lauréat du prix Nobel de physique 2021 pour ses travaux. Les modèles de Manabe, fondés sur la physique de l'atmosphère et des océans, prédisent le monde tel que nous le connaissons aujourd'hui, tout en dessinant le schéma directeur des modèles climatiques actuels et de leur capacité à simuler notre climat à grande échelle. Si les modèles ont leurs limites, c'est leur succès historique qui nous permet d'interpréter avec confiance les changements observés aujourd'hui et de prédire ceux à venir.

Prévisions n° 1 : Réchauffement climatique dû au CO2

Dans les années 1960, la première mission de Manabe au Bureau météorologique américain, dans un laboratoire qui deviendrait le Laboratoire de dynamique des fluides géophysiques, consistait à modéliser avec précision l’effet de serre, afin de montrer comment les gaz à effet de serre emprisonnent la chaleur rayonnante dans l’atmosphère terrestre. Puisque les océans gèleraient sans l’effet de serre, il s’agissait d’une première étape essentielle à l’élaboration d’un modèle climatique crédible. Pour tester ses calculs, Manabe a créé un modèle climatique très simple. Il représentait l’atmosphère mondiale comme une seule colonne d’air et incluait des composantes clés du climat, telles que la lumière solaire incidente, la convection due aux orages et son modèle d’effet de serre.

Malgré sa simplicité, ce modèle reproduisait assez bien le climat global de la Terre. De plus, il montrait qu’un doublement des concentrations de dioxyde de carbone dans l’atmosphère entraînerait un réchauffement de la planète d’environ 3 degrés Celsius. Cette estimation de la sensibilité climatique de la Terre, publiée en 1967, est restée pratiquement inchangée au cours des nombreuses décennies qui ont suivi et reflète l'ampleur globale du réchauffement climatique observé. À l'heure actuelle, la planète est à mi-chemin du doublement des concentrations de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, et la température mondiale a augmenté d'environ 1,2 °C, ce qui correspond exactement aux prévisions de Manabe.

D'autres gaz à effet de serre, comme le méthane, ainsi que la réaction tardive des océans au réchauffement climatique, influent également sur la hausse des températures, mais la conclusion générale reste inchangée : Manabe a bien saisi la sensibilité climatique de la Terre.

Les résultats des simulations du réchauffement climatique à colonne unique de Manabe de 1967 montrent qu'à mesure que le dioxyde de carbone (CO2) augmente, la surface et la basse atmosphère se réchauffent, tandis que la stratosphère se refroidit. Syukuro Manabe et Richard Wetherald, 1967

 

Prévisions n° 2 : Refroidissement stratosphérique

Dans le modèle à colonne unique de Manabe, la surface et la basse atmosphère se sont réchauffées à mesure que les concentrations de dioxyde de carbone augmentaient, mais, surprise à l’époque, la stratosphère du modèle s’est en réalité refroidie. Les températures dans cette région supérieure de l'atmosphère, entre 12 et 50 km d'altitude environ, sont régies par un équilibre délicat entre l'absorption des rayons ultraviolets par l'ozone et le dégagement de chaleur radiante par le dioxyde de carbone. Si la concentration de dioxyde de carbone augmente, l'atmosphère retient davantage de chaleur radiante près de la surface, mais libère en réalité davantage de chaleur radiante depuis la stratosphère, provoquant ainsi son refroidissement.

La stratosphère, qui commence à 10 à 15 km au-dessus de la surface terrestre et s’étend jusqu’à 50 km d’altitude, s’est refroidie au cours des 20 dernières années à toutes les latitudes, tandis que l’atmosphère sous-jacente s’est réchauffée.

Ce refroidissement de la stratosphère a été détecté grâce à des décennies de mesures satellitaires et constitue une empreinte distinctive du réchauffement dû au dioxyde de carbone, car le réchauffement dû à d'autres causes, telles que les variations de l'ensoleillement ou les cycles El Niño, n'entraîne pas de refroidissement stratosphérique.

Prévision n° 3 : Amplification arctique

Manabe a utilisé son modèle à colonne unique comme base pour un prototype de modèle quasi-global, qui ne simulait qu'une fraction du globe. Il ne simulait également que les 100 premiers mètres environ de l'océan et négligeait les effets des courants océaniques. En 1975, Manabe a publié des simulations du réchauffement climatique à l'aide de ce modèle quasi-global et a de nouveau constaté un refroidissement stratosphérique. Mais il a également fait une nouvelle découverte : l’Arctique se réchauffe beaucoup plus que le reste du globe, d’un facteur deux à trois.

L’amplification arctique est évidente dans les données de température. Le schéma particulier des tendances de réchauffement observées sur la période 1981-2020. Les zones colorées sont considérées comme des changements significatifs.

Cette « amplification arctique » s’avère être une caractéristique importante du réchauffement climatique, observée dans les observations actuelles et les simulations ultérieures. Le réchauffement de l’Arctique entraîne en outre un déclin de la banquise arctique, devenue l’un des indicateurs les plus visibles et les plus spectaculaires du changement climatique.

Prévision n° 4 : Contraste terre-océan

Au début des années 1970, Manabe travaillait également à coupler son modèle atmosphérique à un modèle dynamique inédit de l’océan mondial, élaboré par l’océanographe Kirk Bryan. Vers 1990, Manabe et Bryan ont utilisé ce modèle couplé atmosphère-océan pour simuler le réchauffement climatique sur une géographie continentale réaliste, y compris les effets de la circulation océanique complète. Cela a conduit à une série de découvertes, notamment l’observation selon laquelle la terre se réchauffe généralement plus que l’océan, d’un facteur d’environ 1,5.

Les anomalies annuelles des températures de surface des terres émergées et des mers par rapport à la moyenne du XXe siècle montrent que les températures des océans réagissent plus lentement, mais qu'elles augmentent également. Les courbes indiquent les différences de température par rapport à la moyenne du XXe siècle, par année. Les températures des terres émergées augmentent plus rapidement, mais les deux augmentent. Le masquage de la chaleur océanique par La Niña est évident lors des périodes où les températures semblent se stabiliser pendant quelques années. Anomalie moyenne des terres émergées Anomalie moyenne des surfaces océaniques