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Subsections

3.2 Exemples de mise en œuvre de la démarche expérimentale avec SimClimat

3.2.1 Mise en évidence du rôle de l'homme dans le réchauffement observé depuis 150 ans

La démarche expérimentale commence de manière classique avec un constat, une question et une hypothèse.

 

Dans le cas de la démarche expérimentale avec modélisation numérique, quelques étapes supplémentaires sont nécessaires avant de réaliser les expériences. Puis la démarche expérimentale se poursuit de manière classique avec expérience, résultat et conclusion.
Figure 10: Copie d'écran des résultats d'une simulation pré-industrielle avec concentration en $CO_{2}$ constante (bleu) et avec des émissions anthropiques qui permettent de faire passer la concentration en $CO_{2}$ à la concentration actuelle (rouge). La simulation verte est identique à la rouge, sauf que la rétro-action de la vapeur d'eau a été débranchée >@  en maintenant constante la concentration en vapeur d'eau. Notons que pour la concentration en $CO_{2}$, la courbe verte se trouve cachée par la courbe rouge.
\includegraphics[width=0.7\textwidth]{figs/Capture_retrovap}

3.2.2 Rétroactions en jeu dans le changement climatique

On a vu dans la section précédente que le réchauffement climatique était causé principalement par l'augmentation de la concentration en $CO_{2}$. Le $CO_{2}$ agit-il de manière directe sur l'effet de serre? Ou existe-t-il des rétroactions amplificatrices? Nous montrons ici comment mettre en œuvre la démarche expérimentale avec SimClimat pour quantifier le rôle de la rétroaction de la vapeur d'eau.

De la même façon, le rôle d'autres rétroactions peut être mis en évidence par SimClimat. Par exemple, en débranchant la rétroaction de l'albédo de surface, on voit que cette rétroaction est positive aussi mais reste assez faible aux échelles de temps courtes. Enfin, en débranchant le rôle de l'océan ou de la végétation dans le cycle du carbone, on voit que l'augmentation de la température est plus forte. La concentration en $CO_{2}$ augmente aussi plus vite. Cela montre que l'océan et la végétation épongent en partie (environ pour moitié) les émissions humaines de $CO_{2}$.

3.2.3 Mécanismes des variations glaciaires-interglaciaires

Les variations glaciaires-interglaciaires se manifestent par de fortes variations de température, d'étendue des calottes glaciaires et de niveau de la mer qu'on retrouve dans diverses archives paléoclimatiques
([Masson-Delmotte and Chapellaz, 2002,Masson-Delmotte et al., 2015], figure 11). Ainsi, il y a 21 000 ans, le Terre vivait le dernier maximum glaciaire. La température globale était 5°C plus basse, une calotte polaire recouvraient toute l'Europe du Nord, et le niveau de la mer était 130 m plus bas. Depuis 10 000 ans, nous sommes en période interglaciaire. Il y a une période interglaciaire tous les 100 000 ans (figure 11).

Figure 11: Variations de température et de concentration en $CO_{2}$ enregistrées dans les glaces à Vostok en Antarctique.
Image vostok-temp-vs-co2

Nous proposons ici trois étapes de mise en œuvre de la démarche scientifique pour comprendre les variations glaciaires-interglaciaires.

 

Étape 1: mise en évidence du rôle des paramètres orbitaux

La même approche peut s'appliquer aux autres paramètres orbitaux.

Figure 12: Copie d'écran des résultats d'une simulation pré-industrielle de contrôle de 100 000 ans (rouge), avec une obliquité minimale (bleu), avec obliquité minimale et albédo constant (vert) et avec obliquité minimale et solubilité du $CO_{2}$ dans l'océan ne dépendant pas de la température (jaune). Notons que dans les panels où les courbes verte et jaune sont invisibles, elles sont en fait cachées par la courbe rouge.
\includegraphics[width=1\textwidth]{figs/Capture_glaciaire}

 

Étape 2: Mise en évidence du rôle de l'insolation dans les régions polaires en été

Le même mécanisme s'applique aux autres paramètres orbitaux. Notons que ce qui est important ici est l'énergie reçue par la calotte de l'Hémisphère Nord et non celle de l'Hémisphère Sud. En effet, la calotte de l'Hémisphère Nord a toute la liberté pour s'étendre sur l'Europe, la Sibérie et l'Amérique du Nord. Au contraire, la calotte de l'Hémisphère Sud est limitée au continent Antarctique et ne peut pas s'étendre sur l'océan Austral.

 

Étape 3: pourquoi la concentration en $CO_{2}$ diminue-t-elle en période glaciaire?

Les bulles d'air emprisonnées dans les glaces indiquent que les variations de la concentration en $CO_{2}$ varient de concert avec la température lors des variations glaciaires-interglaciaires (figure 11). Comment expliquer cela?


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Camille RISI 2019-12-25