Au début était la prédiction

Pause dans le réchauffement ou trou dans la couche d'ozone - les sciences climatiques sont régulièrement critiquées pour être surprises par des phénomènes environnementaux et ne pouvoir expliquer qu'après coup ce qui a été observé. [1] Nous montrons que le chemin vers la connaissance en physique du climat peut aussi se dérouler à l'inverse avec l'exemple des pluies extrêmes, où se confirme aujourd'hui ce que les chercheurs prédisaient déjà il y a 30 ans : les fortes précipitations sont de plus en plus fréquentes. [2]

Théorie précoce et premiers modèles

Les fondements théoriques de cette prédiction remontent même au début du 19e siècle, alors que le "petit ?ge glaciaire" touchait à sa fin en Europe : Beno?t Clapeyron et Rudolf Clausius ont reconnu que l'air chaud pouvait absorber davantage de vapeur d'eau. En décrivant physiquement ce lien, les deux scientifiques ne se doutaient sans doute pas que leur travail jouerait, près de deux siècles plus tard, un r?le central dans la littérature sur le changement climatique.

Les premières prévisions de modèles concernant les fortes précipitations ont eu lieu dans les années 1980, bien avant que des tendances d'observation claires ne soient disponibles. Les modèles de l'époque décomposaient l'atmosphère verticalement en 4 à 5 couches au lieu de 80 aujourd'hui, et les mailles étaient de 500 km au lieu de 25 - les Alpes étaient donc plates, et les tracés c?tiers à peine reconnaissables. Néanmoins, les deux scientifiques japonais Noda et Tokioka ont réussi à prédire qu'en cas d'augmentation des émissions de CO₂-Dans l'atmosphère, les fortes précipitations vont également augmenter, et ce bien plus rapidement que la moyenne annuelle des précipitations.

Confirmé par l'observation

Il existe aujourd'hui un grand nombre d'études d'observation qui confirment ces prévisions : Dans le monde entier [3] et aussi en Suisse [4], les fortes précipitations ont effectivement augmenté. Mais l'interprétation de ces études nécessite souvent des connaissances statistiques avancées. Nous avons maintenant pu montrer que l'intensification des fortes précipitations en Europe et en Amérique du Nord est facile à démontrer et à illustrer à l'aide d'un graphique simple pour les profanes. [2] La règle est la suivante : plus l'événement est extrême, plus l'augmentation relative est forte.

La tendance observée correspond étonnamment bien à la théorie de Clausius et Clapeyron et est cohérente avec les modèles climatiques mondiaux et régionaux à haute résolution, même si ceux-ci ont tendance à sous-estimer l'augmentation.

Rien de nouveau dans la physique du climat ?

Si nos ordinateurs sont aujourd'hui au moins un million de fois plus rapides, mais que les prévisions sont toujours les mêmes qu'il y a 30 ans, n'avons-nous rien appris de plus ? Si, nous comprenons désormais beaucoup mieux les processus qui conduisent à de fortes précipitations, tout comme de nombreux autres processus qui déterminent l'atmosphère, le temps et le climat. Avec les preuves fournies par les mesures et les modèles, c'est la raison pour laquelle les climatologues font aujourd'hui nettement plus confiance à leurs prévisions qu'il y a 30 ans.

Bien s?r, des incertitudes subsistent dans les prévisions régionales et locales, et de nombreuses questions restent ouvertes, comme la vitesse à laquelle les fortes précipitations augmentent localement ou régionalement dans les régions de mousson et les tropiques. De même, les précipitations convectives, c'est-à-dire celles qui se produisent typiquement en été lorsque l'air chaud monte (convection), sont jusqu'à présent estimées (paramétrées) dans presque tous les modèles sur la base de corrélations statistiques. Aujourd'hui, nous avons pour la première fois la possibilité passionnante de résoudre la convection dans les modèles et d'affiner ainsi les prévisions (voir Contribution dans Actualités ETH).

Un échantillon typique

Le fait qu'un phénomène complexe comme l'augmentation des fortes précipitations soit d'abord prédit par la théorie et les modèles et observé seulement plus tard peut surprendre les profanes. Il s'agit toutefois d'un schéma typique dans les sciences climatiques. D'autres exemples sont l'effet réchauffant des gaz à effet de serre, qui a également été décrit dès le 19e siècle, ou l'absorption massive de chaleur par les océans. Dans certains cas, les modèles ont même contribué à identifier des incohérences dans les séries temporelles d'observation, par exemple pour la température moyenne globale.

Cela ne signifie évidemment pas que toutes les prévisions des modèles climatiques sont correctes. Ceux-ci simulent par exemple trop rarement des situations anticycloniques bloquées ou justement trop souvent des précipitations légères. C'est pourquoi les climatologues ne misent jamais sur une simulation seule. Notre confiance repose plut?t sur la cohérence de la théorie, des données de mesure statistiques et d'une cascade de modèles de différentes résolutions. Mais en fin de compte, les prévisions ainsi obtenues ont surtout un sens lorsque nous les utilisons pour prendre des décisions au lieu d'attendre simplement qu'elles se réalisent.