CR : Les modèles climatiques et l’imprévisible

Didier Paillard LSCE / IPSL

16 mai 2025

Compte-rendu

Introduction : définitions et citation

Le climat ? Etymologie du grec κλίμα (klima) : angle hauteur du soleil au dessus de l’horizon.

Définition vue dans un dictionnaire : climat, moyenne de la météo sur 30 ans.

Il existe une définition plus « mathématique » du climat, par Lovejoy en 2015, basée sur le concept technique de « pente spectrale » et considérant le triplet « la météo (imprévisible), la macro-météo (équivalen16 mai 2025t au climat tel que défini ci-dessus), le climat (conçu sur une grande échelle de temps, imprévisible).

« la prévision est difficile surtout lorsqu’elle concerne l’avenir » (Niels Bohr).

« Les savants de bonne foi et soucieux de leur réputation ne se hasarderont à prédire le temps » (François Arago, 1858).

« climate is what you expect, weather is what you get » (Robert Heinlein, parfois attribué à Mark Twain).

1. Climat ?

Invention du calendrier : il s’agit de prédire le retour des saisons.

Aristote prévoit qu’il fait froid au pôle sud, sans jamais y avoir été.

Il existe depuis longtemps des cartes de classification climatique. Exemple de la classification de Köppen.

La notion de changement climatique est ancienne (XIXe siècle). La climatologie est un mélange de sciences dures et de sciences humaines. Il ne faut pas se limiter au groupe 1 du GIEC .

2. Quels modèles du climat ?

Problème : les modèles de climats GCM (Global Climate Models) sont construits sur quelques dizaines d’années (car calés sur les observations instrumentales), or ils sont faits pour des prédictions sur des échelles de 100 ou 1000 ans (inférieures aux cycles de Milankovitch ).

Comment confronter ces modèles au passé ? On fait des « snapshots » en imposant des conditions (calotte glaciaires, ….). Comment prendre en compte la dynamique de la végétation ?

Pour les scénarios du groupe 3 du GIEC. Comment prendre en compte l’évolution de la population ?

En entrée des modèles GIEC, on prescrit l’évolution de l’occupation des sols.

Les modèles de climat ont été construits pour simuler le futur, pas pour simuler le passé.

Remarque (Marc) : le GIEC ne dit plus « prédire », il parle juste de « projection ». Didier P. : en effet un résultat de modèle n’est pas une prédiction !

Un résultat-type, simple et robuste, obtenu avec des modèles compliqués : on a presque proportionnalité entre la quantité de CO2 qui s’accumule dans l’atmosphère et la température.

Ce n’est pas parce que le modèle est plus sophistiqué que le modèle est meilleur. La théorie simpliste donne une courbe, le modèle compliqué un intervalle de confiance.

Il est satisfaisant de confirmer un modèle compliqué avec un modèle simple.

Exemple de modèle compliqué, le Schéma de Bretherton (1986) : Conceptual model of Earth System, vision systémique. Il s’agit d’un schéma en boite qui modélise les interactions entre le climat et l’ensemble des composantes du système Terre.

Dans sa recherche, Didier P. souhaite expliquer pourquoi on a des cycles interglaciaires, pourquoi le climat change au cours du temps dans le passé. Quid des points de bascule ?

En géologie, la reconstruction de l’échelle temporelle (datation) est délicate.

Remarque (Marc) : tout le système terre évolue de façon fulgurante aujourd’hui (climat, mais aussi sols, végétation, océans…).

Il existe un modèle simple, ne comportant qu’une équation différentielle, fait par un journaliste climato-sceptique, Nigel Calder, en 1974. A posteriori on se rend compte que ce modèle permet de dire des choses, par exemple sur le volume de glace. Didier P. a proposé des modèles plus sérieux, mais du même niveau de simplicité.

En janvier 1901, Nils Ekholm prédit le réchauffement climatique anthropique. Il pense qu’on peut contrôler le climat, empêcher le prochain âge glaciaire.

3. Points de bascule

Notion de « point de bascule / tipping point » (seuil au-delà duquel un système change rapidement d’état). Cette terminologie trouve son origine dans le GIEC, vers l’an 2000, pour parler des évènements de Dansgaard-Oeschger et des évènements de Heinrich . L’ordre de grandeur est alors de quelques dizaines d’années. Par exemple certains évènements de Dansgaard-Oeschger ont conduit à 16 degrés de moins en un siècle, localement, au Groenland. On trouve des phénomènes analogues dans les lacs.

Points de bascule : voir aussi The timing of Pleistocene glaciations from a simple multiple-state climate model (DP, 1998).

Pour décrire l’entrée en glaciation, la théorie astronomique marche bien. Pour comprendre la sortie des glaciations il faut la théorie bistable : voir Paillard et Parrenin EPSL 2004.

L’énigme du meltwater pulse 1A (Montée des eaux de 4 à 5 mètres par an) reste une énigme ! Si on met de l’eau douce dedans, est-ce que l’on peut en déduire que la circulation dans l’océan s’arrête ? Non, le meltwater pulse 1A est un contre-exemple : ici on met beaucoup d’eau douce, et on accélère la circulation.

La transition paléocène-éocène correspond à une injection massive de carbone, à un réchauffement brutal, une acidification de l’océan : cela ressemble beaucoup à ce que l’on vit, mais c‘était alors en dix fois moins rapide. On constate durant cette transition une injection de GES, une augmentation des températures, l’acidification des océans, l’extinction de la flore benthique, le renouvellement des mammifères, des primates, etc.

L’histoire de la terre est une succession de points de bascule.

Avant 19e siècle prévalait une vision catastrophique, déluge, etc.

A la fin du19e siècle prévalait la vision d’une lente évolution de la géologie.

Aujourd’hui, on redécouvre qu’il s’est passé des choses brutales dans le passé. La notion de transition est là depuis toujours, dans le passé.

Nos idées sur le futur provienne quasiment toutes de ce qu’on a observé dans le passé.

4. Divers

Notion de sensibilité climatique : elle était différente à l’époque où il n’y avait pas de glace.

Didier P. a travaillé pour l’ANDRA, pour « prédire » le climat du prochain million d’année. On injecte un pic de carbone : estime l’arrivée de la prochaine glaciation (qui finit par arriver).

Remarque : on devrait prendre en compte l’effet des nitrates : le procédé Haber Bosch (engrais chimiques azotés) favorise la fixation de carbone (agriculture), mais aussi le développement des zones mortes (zones de l’océan, impactées par les effluents azotés, qui deviennent déficitaires en oxygène).

5. Penser le long terme

L’échelle du million d’années est intéressante, car c’est l’échelle de l’humanité. A comparer avec l’échelle de la « durabilité ». Pour l’IPBES, l’échelle est à 100 ans. Pour l’exploitation des ressources minière, la décennie est l’unité de temps.

Aujourd’hui on ne crée pas de cathédrales et de pyramides, sauf l’ANDRA (pour stocker des déchets sur le site de Bure) ! Pour gérer convenablement les déchets nucléaires, on se demande combien de temps va durer la perturbation CO2. En effet, pour l’enfouissement, il faut prendre en compte les glaciations, leur impact sur les rivières, l’érosion, la remontée des eaux, la pollution des nappes profondes. On ne pose pas la même question du long terme pour le CO2 et le climat !

Originellement le climat c’est déterministe (hauteur du soleil, saisons, etc.). Au delà de combien de temps on ne peut plus prévoir le climat ? On sait que l’astronomie (mécanique céleste) est chaotique à l’échelle de 50 millions d’années (travaux de Jacques Laskar). Mais les incertitudes existent aussi dans le cas non chaotique : calottes de glace, océan profond…

Marc : l’apparition de l’humain vient perturber le système terre … Il y a des émergences fortes au sein du vivant qui bousculent tout. Des extinctions animales (grands mammifères) ont déjà été provoquées par les anciens humains. Cela s’accélère !

Que faire ? Penser le long terme … ne pas se focaliser sur les 10 ans.

Peut-on améliorer notre vision de l’avenir climatique avec de l’IA ? Les méthodes sérieuses, ce n’est pas l’amélioration des modèles GCM ! La bonne voie, c’est d’aller voir au delà de l’atmosphère, au fond des océans, etc. Plein de choses ne sont pas observées, pas comprises. Ce n’est pas l’IA qui va aller voir là ou c’est inaccessible ! On ne crée pas ainsi de la nouvelle science !


OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
marcdelepouve (19 novembre 2025). CR : Les modèles climatiques et l’imprévisible. Climat, Vivant, Société. Consulté le 20 mai 2026 à l’adresse https://cvsi.hypotheses.org/1387


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