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Les nuages, clé de compréhension du climat et de son évolution

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Les nuages, clé de compréhension du climat et de son évolution

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Petit, on s’amuse à les observer et à leur trouver une ressemblance avec telle ou telle forme. Mais quand on est scientifique, les nuages représentent un vaste champ d‘étude : un mystère qu’il est crucial de résoudre pour améliorer nos connaissances sur le changement climatique.

A Cabauw, aux Pays-Bas, une tour de 200 mètres de haut, installée par le service de météorologie néerlandais, contribue à faire avancer la recherche. Pier Siebesma, chercheur de l’Institut royal météorologique des Pays-Bas et coordinateur du projet EUCLIPSE, nous emmène sur l’une de ses plate-formes à 100 mètres au-dessus du sol. “C’est là, explique-t-il, que nous mesurons la température, l’humidité et le vent au niveau de la tour pour comprendre comment les nuages se forment.”

Des instruments ont été installés dans toute la campagne alentour, pour observer les nuages, notamment un radar qui mesure les gouttelettes de vapeur d’eau qui les forment. Les chercheurs disposent aussi de capteurs du rayonnement solaire et d’un laser qui évalue l‘épaisseur nuageuse.

Ce projet de recherche financé par l’Union européenne et dirigé par Pier Siebesma est un travail essentiel pour l’avenir de la planète.

Mieux connaître les nuages permet d’affiner les prévisions sur l‘évolution du climat.

Comme le souligne Pier Siebesma, “les seuls outils” dont les scientifiques disposent “pour prévoir l’avenir sont des modèles climatiques. Nous les utilisons pour établir des scénarios pour le 21ème siècle,” poursuit-il. “Nous en avons une douzaine et ils ne donnent pas les mêmes résultats sur la manière dont la température va évoluer. Mais, affirme-t-il, nous savons qu’il est possible que ces différences soient surtout dûes aux nuages et à la manière dont ils sont représentés dans nos modèles climatiques.”

Les nuages, l’une des caractéristiques qui définissent notre planète. Ils recouvrent en moyenne, deux tiers de la surface de la Terre. Mais si nous continuons de polluer l’atmosphère, est-ce que ce sera toujours le cas dans le futur ?

“Si, en matière de changement climatique, la seule chose qui changeait, c‘était une augmentation de nos gaz à effet de serre comme le CO2, ce serait un problème relativement simple. Et avec un doublement de nos émissions de CO2, la température globale augmenterait simplement d’1,2 degrés,” estime Pier Siebesma. “Mais évidemment, poursuit-il, notre planète et notre climat forment un système dynamique et nos nuages réagiront à cette augmentation globale de la température.”

Ce système dynamique qui constitue notre climat est étudié sous différents angles dans le cadre du projet européen EUCLIPSE. A Paris, nous retrouvons l’un de ces chercheurs “chasseurs de nuages”. Sandrine Bony fait partie du GIEC, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l‘évolution du climat créé par l’ONU. D’après elle, le rôle des nuages dans l‘évolution du climat est complexe, il est même contradictoire. “Les différentes types de nuages n’ont pas du tout le même impact sur le rayonnement, sur le bilan énergétique de la Terre,” explique la scientifique. “Par exemple, les nuages bas vont avoir un effet de refroidissement important parce qu’ils réfléchissent fortement le soleil, mais ils contribuent peu à l’effet de serre.

En revanche, ajoute-t-elle, les nuages très haut vont avoir un effet de serre très important, et un effet de refroidissement pas forcément très fort.”

Sandrine Bony utilise les données satellite pour étudier la couche nuageuse depuis l’espace, puis elle compare ses résultats avec les nuages tels qu’ils sont représentés dans les modèles climatiques.

Ces dernières années, l’observation spatiale a fait de grands progrès. Elle permet aujourd’hui d’affiner l’analyse comme le souligne Sandrine Bony : “depuis quelques années, depuis le lancement des satellites Calipso et CloudSat en 2006, on a maintenant des informations tout-à-fait nouvelles sur la structure verticale des nuages qui vont nous permettre de mieux comprendre les conditions de formation des nuages, et par la suite, de mieux évaluer le réalisme des nuages simulé par les modèles de climat.”

La vision des nuages en 3 D, depuis l’espace, a ouvert les yeux aux scientifiques. Ils ont pu confronter leurs modèles à la réalité. Ces nouveaux éléments permettent de corriger les prévisions sur l‘évolution du climat. Sandrine Bony nous montre sur une carte, la distribution des nuages bas observés par le satellite Calipso pendant l’année 2008. “Dans la vieille version du modèle,” souligne la chercheuse, “on voit que le modèle sous-estimait très fortement les nuages bas par rapport aux observations et dans les versions plus récentes, il réussit un peu mieux à simuler ces nuages.”

Aux Pays-Bas, nous rencontrons un autre partenaire du projet EUCLIPSE qui scrute les nuages bas, particulièrement complexes, à une échelle beaucoup plus petite.

Le professeur Stephan de Roode, de l’Université de technologie de Delft, dit “utiliser les derniers modèles de turbulence grâce auxquels on peut zoomer avec une précision de trente mètres. Dans l’ensemble,” explique-t-il, “on peut vraiment voir ce qui se passe dans les nuages en terme de dynamique et de circulation de chaleur et d’humidité.”

Les simulations 3 D réalisées par les chercheurs permettent d’analyser les nuages bas dans le détail et de façon interactive.

L’objectif est de déterminer l’importance de la couche nuageuse dans un climat chaud. Pour cela, des expérimentations sont nécessaires : il faut modifier différents paramètres.

“Si nous pouvons démontrer que les résultats de notre modèle sont très proches ou en bon accord avec les observations aériennes,” souligne Stephan de Roode, alors nous pourrons faire des tests de sensibilité et donc modifier les contraintes extérieures. Par exemple,” poursuit-il : “que se passe-t-il si nous augmentons la température à la surface de la mer ? Ou si le vent horizontal dominant se modifie ? Ou si la température à 1000 mètres d’altitude augmente ? De quelle manière cela influence-t-il la quantité de nuages dans la partie inférieure de l’atmosphère ? Ce sont les questions que nous posons avec notre modèle.”

Pour le moment, l‘étude des nuages n’en est qu‘à ses débuts. Elle pose davantage de questions qu’elle ne fournit de réponses. Mais les données satellite et les mesures au sol ont permis de nouvelles découvertes. De quoi parfois, bousculer les certitudes des scientifiques.

“L’une des choses qu’on a déterminées,” affirme Pier Siebesma, “c’est qu’il y a plus de nuages à une altitude moyenne que ce qu’on pensait au départ et beaucoup de ces nuages de moyenne altitude sont absents des modèles climatiques.”

Observer les nuages est loin d‘être un exercice de haute précision. Les chercheurs restent à l‘échelle de l’infiniment grand. “Les modèles climatiques sont réalisés dans une résolution plutôt grossière,” souligne le coordinateur du projet EUCLIPSE. “Pour l’essentiel, nous ne voyons pas ce qui mesure moins de 100 kilomètres et comme vous le savez peut être, la plupart des nuages font moins de 100 kilomètres.”

“Nous voulons mieux les appréhender, rappelle Pier Siebesma. donc nous avons besoin de mieux les mesurer, comme nous le faisons à Cabauw ou depuis l’espace. Et nous avons besoin de mieux les comprendre pour réaliser des modèles en haute résolution. Par la suite, nous pourrons intégrer tous nos résultats dans les modèles climatiques et aboutir à de meilleures prévisions.” Ces prévisions alimenteront le prochain rapport du GIEC sur le changement climatique, attendu pour 2013.

www.euclipse.eu