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Climat : la rétroaction des nuages, une problématique bientôt résolue ?

Crédits : Flickr.

Parfois qualifiés de bête noire des modélisateurs, les nuages restent la cause principale d’incertitude dans les projections climatiques depuis plus de cinquante ans. De récentes avancées ont néanmoins permis de mieux cerner la façon dont ils évoluent à mesure que le climat se réchauffe. De multiples lignes d’évidences, dont une étude parue ce 27 juillet dans la revue PNAS, indiquent désormais que les nuages ont un effet amplificateur faible à modéré sur le réchauffement global.

Pour un doublement de la concentration atmosphérique en dioxyde de carbone (CO2), le climat global est prévu se réchauffer de 1,5 °C à 4,5 °C. Cette valeur correspond à ce que les scientifiques appellent la sensibilité climatique. Elle indique de combien la température moyenne à la surface de la Terre varie lorsqu’une perturbation de référence est imposée au système.

Or, depuis la parution du rapport de Charney en 1979, la marge d’incertitude qui accompagne l’estimation de la sensibilité climatique a très peu varié, et ce, en dépit de l’amélioration considérable des modèles climatiques et de notre compréhension des processus physiques et chimiques à l’œuvre. Comment expliquer la persistance de cet écart de plusieurs degrés entre les diverses simulations ?

Les nuages : des mécanismes multiples à fine échelle

Aujourd’hui comme hier, l’incertitude la plus importante sur l’amplitude du réchauffement futur vient des nuages. En effet, par leur interaction avec le rayonnement solaire et le flux infrarouge terrestre, ils exercent une influence profonde et multiple sur le bilan énergétique de la planète. Alors que certains nuages tendent à refroidir le climat, d’autres participent au contraire à le réchauffer.

Bilan énergétique du système climatique. Le flux solaire apparaît en jaune, le flux infrarouge émis par la Terre apparaît en orange. Ceux liés au cycle de l’eau et à la convection sèche apparaissent en gris foncé et en rouge, respectivement. Notez comment les nuages interagissent de façon complexe avec tous ces flux. Crédits : IPCC / AR5

Estimer comment le changement climatique modifiera l’équilibre entre ces deux influences demande d’affronter une grande complexité. Et pour cause, celui-ci dépend du type de nuages, mais aussi de leur étendue, leur altitude, leur épaisseur ainsi que leur composition. La diversité des mécanismes par lesquels les nuages influent sur les transferts d’énergie amène tout un spectre d’effets concurrents dont la résultante est loin d’être triviale.

Par ailleurs, les modèles utilisés pour anticiper l’avenir ne permettent pas encore de résoudre les échelles spatiales les plus fines nécessaires à une bonne représentation de la physique nuageuse. Faute de mieux, des représentations simplifiées sont donc utilisées. L’un dans l’autre, il en ressort un large éventail de résultats. Certains modèles calculent une amplification du réchauffement par les nuages, d’autres une influence neutre, voire une légère atténuation.

En résumé, les changements dans la couverture nuageuse peuvent aussi bien amortir les évolutions climatiques que les amplifier. On parle de rétroaction nuageuse négative ou positive, respectivement. De récents travaux ont toutefois permis de préciser les choses. Ainsi qu’appuyé par une nouvelle étude, il apparaît avec une clarté croissante que les nuages ont et auront un effet amplificateur faible à modéré sur le réchauffement global.

Le début d’une convergence des résultats

Dans leur papier, les chercheurs ont tiré parti d’un très large éventail d’observations satellitaires. En appliquant un algorithme d’apprentissage automatique aux données, ils ont pu isoler le rôle des nuages et leur réaction à la hausse des températures mondiales de ces dernières décennies. Les résultats pointent vers une valeur de sensibilité climatique de 3 °C, tout en déjugeant les valeurs de sensibilité inférieures à 2 °C.

nuages
Intervalle de sensibilité climatique obtenu dans le cadre de l’étude discutée (panneau A et B, en bleu). L’intervalle donné par le GIEC apparaît en rouge (IPCC) et celui issu des modèles de climat en ronds noirs (CMIP). Un trait noir horizontal marque la valeur de sensibilité la plus probable. Crédits : @PauloCeppi.

Parmi les mécanismes impliqués, on peut évoquer une réduction de la couverture de nuages bas dans la zone subtropicale. Avec une surface réfléchissante diminuée, la quantité de rayonnement solaire entrant dans le système climatique est ainsi augmentée. Par ailleurs, les nuages élevés tendent à gagner en altitude à mesure que l’atmosphère se réchauffe. En effet, lorsque la température augmente, l’atmosphère se dilate. Or, avec des sommets situés à des niveaux plus froids, leur effet de serre s’accentue.

« Nous prévoyons que notre approche permettra des contraintes plus strictes sur les projections du changement climatique, y compris ses multiples impacts socio-économiques et écologiques », indique le papier dans son résumé. Si de nombreux points restent encore à travailler, les pièces du puzzle s’assemblent à un rythme croissant et les espoirs d’enfin dompter la bête noire s’expriment par conséquent avec une force sans précédent.