A la recherche de la chaleur perdue

Résumé

Depuis 1998 (année d’un épisode El Niño particulièrement intense), la terre ne se réchauffe plus. Pourtant les gaz a effet de serre (GES) n’ont pas cessé d’être répandus dans l’atmosphère, les concentrations de CO2 ayant atteint un pic de 397,31 ppm en novembre 2013. Si l’énergie supplémentaire introduite dans le système climatique par les GES ne réchauffe pas la planète, alors c’est que cette énergie excédentaire doit se trouver stockée quelque part, et pourquoi pas dans les couches profondes de l’océan. C’est du moins l’hypothèse du climatologue Kevin Trenberth, un des principaux rédacteurs des 3ème et 4ème rapports GIEC qui dès 2010 s’inquiétait de la chaleur perdue, et soupçonnait qu’elle fût séquestrée dans l’océan « d’où elle ne tarderait pas à venir nous hanter » (sic). En mai 2013, une nouvelle étude (dont K. Trenberth est co-auteur) réanalysant des données climatique des 50 dernières années prétend montrer que au cours des 10 dernières années 30 % du réchauffement des océans s’est produit en dessous de 700 m de profondeur : l’océan aurait ainsi accumulé beaucoup plus de chaleur qu’au cours des 50 années précédentes. Cette étude est sérieusement contestée par plusieurs scientifiques, dont l’éminent océanographe Carl Wunsch. Certains scientifiques (Roy Spencer, Roger Pielke) estiment qu’il rentre dans le système climatique moins de chaleur que ne l’indiquent les modèles , et que si l’on ne retrouve pas cette chaleur perdue c’est tout simplement parce qu’elle n’existe pas.

La terre a cessé de se réchauffer depuis 1998

Depuis l’épisode El Niño de 1998 qui a provoqué un pic de température, la terre a cessé de se réchauffer.

Cette pause est admise par toute la communauté scientifique y compris par le GIEC qui préfère parler de « hiatus ».

John Christy Professeur de sciences atmosphérique et Directeur de l’ESSC (Earth System Science Center ) de l’université Alabama/Huntsville, déclarait récemment  (Interview CBSNews.com du 30 septembre 2014 ) :

La température de la terre connait « un plateau » et il n’y a pas eu de réchauffement global depuis les 18 dernières années. C’est un fait, il n’y a peu de commentaires à faire à ce propos.

Ci dessous la courbe des températures relevées par satellite sur la période 1996- 2014 (données de température brutes relevées à partir de 14 instruments embarqués sur divers satellites, compilées par Roy Spencer et John Christy).

no-warming-for-18-years-oct-2014

RSS monthly global mean lower-troposphere temperature anomalies (dark blue) and trend (thick bright blue line), October 1996 to August 2014, showing no trend for 17 years 11 months.

Pourtant les émissions de GES n’ont pas cessé d’augmenter

Pas de réchauffement alors même que des Gaz à Effet de Serre ont continué à être relachés dans l’atmosphère : selon l’OMM (Organisation Météorologique Mondiale) la teneur de l’atmosphère en gaz à effet de serre a atteint un nouveau pic en 2013.

Toujours selon l’OMM, Il en résulte un accroissement du « forçage radiatif » de 34% entre 1990 et 2013 qui aurait du avoir pour effet de réchauffer le climat.

Où se trouve cette chaleur perdue ?

Si l’énergie excédentaire ainsi introduite dans le système climatique ne se manifeste pas sous la forme d’une augmentation des températures, alors, elle doit se trouver stockée quelque part.

Par exemple, dans les océans qui couvrent 70 % de la surface de la Terre et renferment 1,100 fois la capacité de chaleur de l’atmosphère.

La chaleur perdue est elle séquestrée dans l’océan profond ?

C’est l’hypothèse de Kevin Trenberth, l’un des principaux rédacteurs des rapports AR3 (2001) et AR4 (2007) du GIEC.

Kevin Trenberth  se préoccupe depuis longtemps de cette chaleur perdue.

Dans un E-mail du mois d’octobre 2009 adressé à son collègue Michael Mann (révélé lors du Climate gate du CRU de l’Université d’East Anglia), il exprimait déjà ses inquiétudes au sujet de la clôture défaillante du budget énergétique de la planète :
« Le fait est que l’on ne peut à l’heure actuelle expliquer le manque de chaleur, et c’est une farce que nous ne puissions le faire…si la chaleur manquante est séquestrée en profondeur, alors elle reviendra nous hanter plus tard. »

(The fact is that we can’t account for the lack of warming at the moment and it is a travesty that we can’t).

En avril 2010 Kevin Trenberth  et John Fasullo publiaient dans Sciences (volume 328, 16) un article intitulé « Tracking Earth’s Energy ».
Sous titre de l’article, «Where has the energy from global warming gone? » ‘
 » Les concentrations de CO2 ont poursuivi leur croissance depuis 2003 et encore encore plus de chaleur devrait s’être accumulée à une vitesse plus grande, depuis lors ».

Les relevés des balises ARGO ne montrant pas de réchauffement à la surface des océans ni aux profondeurs 0-700 mètres, Trenberth suppose donc que la chaleur perdue se trouve entre 700 et 2000 mètres, mais qu’une précision insuffisante des mesures ou un traitement inadéquat des données empêchent de la détecter.

La chaleur retrouvée

Une étude qui arrive à point

En mai 2013 Trenberth et 2 chercheurs (Magdalena Balmaseda, et Erland Källén), publient en une nouvelle étude dans Geophysical Research Letters intitulée : « Distinctive climate signals in reanalysis of global ocean heat content ».

L’étude retrace l’évolution du contenu calorifique océanique global depuis 1958 pour les couches 0-300 mètres, 0-700 mètres , et pour la profondeur totale .

Balmaseda-OHC-reanalyse
Trenberth-oras4-missing-energy-1

Les courbes retracent les anomalies mensuelles moyennées sur 12 mois, par rapport à la période 1958-1965.

Les 2 barres verticales indiquent un intervalle de 2 ans suivant les éruptions volcaniques avec 6 mois d’avance (due au lissage sur 12 mois) et l’épisode El Niño

30 % du réchauffement des océans se serait produit en dessous de 700 m de profondeur

Selon Kevin Trenberth et ses co-auteurs, au cours des 10 dernières années 30 % du réchauffement des océans s’est produit en dessous de 700 m de profondeur : l’océan aurait ainsi accumulé beaucoup plus de chaleur qu’au cours des 50 années précédentes.

D’autre part, après chaque éruption volcanique majeure (Pinatubo, El Chichón, etc.), de même qu’après l’événement El Niño de 1998 l’océan s’est refroidi masquant ainsi la tendance générale au réchauffement.

Selon ces auteurs, la pause des températures observée depuis 1998 n’est que temporaire et ne remet pas en cause le réchauffement climatique.

La chaleur perdue a t-elle vraiment été retrouvée ?

Certains scientifiques en doutent, notamment Carl Wunsch (1), Roy Spencer (2), Roger Pielke (3) , David H. Douglass et Robert S. Knox (4).
Leurs critiques portent sur les points suivants :

  • la méthodologie même de l’étude, sujette à caution ;
  • avant le déploiement des balises ARGO en 2003, les données de températures et de salinité des couches profondes sont très fragmentaires ;
  • les résultats de l’étude ne corroborent pas les relevés des température des balises ARGO pour la couche 0-700 m à partir de 2003 ;
  • enfin, et surtout le calcul de très petites variations d’une grandeur s’exprimant en Zéta joules (10²²) sur une période de 50 années, comporte des marges d’erreur supérieures aux variations mesurées.

(1) Carl Wunsch est un éminent océanologue, qui a été Professeur au MIT jusqu’à sa retraite en 2013

(2) Roy Spencer, Université de l’Alabama (Huntsville) est un des principaux responsables du programme satellite de la NASA (Advanced Microwave Scanning Radiometer (AMSR-E). Il est connu pour ses travaux sur les relevés de température par satellite pour lequel il a reçu « the American Meteorological Society’s Special Award»

(3) Roger Pielke a été Professeur émérite au Department « Science Atmosphérique » de l’université CSU (Colorado State University) et chercheur au CIRES (Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences)organisme sponsorisé conjointemant par la NOAA et l’OAR (Office of Oceanic and Atmospheric Research

(4) David H. Douglass et Robert S. Knox sont Professeurs émérite de Physique à l’Université de Rochester

 La méthodologie

L’étude utilise la ré-analyse Océanique dite (ORAS4) du Centre européen de Prévisions Météorologiques à moyenne portée (ECMWF – European Centre for Medium-Range Weather Forecasts).

Il ne s’agit donc pas d’observations directes mais d’une ré-analyse (encore appelée « assimilation de données » ) qui mixe données d’observations et prévisions de modèles en vue de fournir (en principe) une estimation de qualité supérieure.

Trenberth explique lui même la méthode : les observations sont utilisées pour corriger les erreurs dans les prévisions de court terme à partir des analyses de périodes antérieures. Toutes les 12 heures, ECMWF assimile 7 à 9000 observations pour corriger 80 000 000 variables définissant le modèle de l’atmosphère virtuelle. Ceci est obtenu par une soigneuse interpolation à 4 dimensions dans l’espace et dans le temps des observations disponibles ; cette opération requiert autant de puissance informatique que les prévisions à 10 jours.

Devons nous être vraiment rassurés par les 9000 observations corrigeant 80 000 000 variables du modèle, et par la puissance informatique mobilisée pour le calcul ?

Le Centre européen de Prévisions Météorologiques à moyenne portée (ECMWF) a averti les chercheurs que la ré-analyse ORAS4 ne devrait pas « être prise comme une vérité », du fait notamment :

  • des larges incertitudes sur les données des 2 premières décades ;
  • de la sous estimation de la Circulation Atlantique Méridionale (AMOC) au 26N ;
  • des erreurs importantes sur la salinité de surface.

Dans un article intitulé Bidecadal Thermal Changes in the Abyssal Ocean, publié en décembre 2013, Carl Wunsch estime que les données d’assimilation (ou « ré-analyses ») couvrant plusieurs décades « ne peuvent être utilisées pour la chaleur …. car elles violent les lois fondamentales de conservation ». (ligne 140)

(Accédez à la version .pdf de l’article)

Avant les balises ARGO les données d’observations étaient lacunaires

L’étude Magdalena Balmaseda et ses collèges porte sur une période de 50 années (1958-2008) .
Or s’agissant des océans, on ne dispose que de 10 ans de données exhaustives pour comprendre des processus multi décennaux.
En effet, les balises ARGO ont commencé à être utilisées dans les années 1990 mais n’ont atteint une couverture raisonnablement complète des océans qu’à partir de 2003, leur déploiement complet (3500 balises) n’ayant été achevé qu’en 2007.
Ainsi, avant l’ère ARGO :

  • moins de 20 % des océans De l’hémisphère sud ont été échantillonnés à toutes les profondeurs ;
  • aux profondeurs supérieures à 700 mètres, les mesures de température ne couvrent que 0 à 5 % des océans de l’Hémisphère sud.

Autrement dit, jusqu’au milieu-de des années 2000, les données de contenu calorifique des océans  pour les profondeurs de 0-700 mètres sont principalement celles de l’hémisphère nord ; il n’y avait pas de couverture des océans de l’Hémisphère sud avant l’ère ARGO.

Le graphique ci dessous (extrait du 5ème rapport du GIEC), indique bien une quasi absence de données pour les couches profondes.

IPCC-Ocean-temp-profile
L’étude ne corrobore pas les observations récentes des balises ARGO

Les résultats de l’étude Balmaseda et collèges ont d’autant plus surpris qu’ils ne corroborent pas les relevés de température des balises ARGO qui observent sinon un refroidissement du moins une stabilisation des températures de la couche 0-700 mètres comme le montre la courbe de la NOAA ci-dessous :

OHCA_curve_2013
upper ocean heat content anomaly (Source NOAA (http://oceans.pmel.noaa.gov/)

On ne comprend pas bien par quel mécanisme physique les couches abyssales se réchaufferaient tandis que la couche supérieure connaîtrait une évolution inverse.

Dans un article de son blog intitulé Research Issues On “The Missing Heat”, Roger Pielke se demande comment la chaleur pourrait avoir magiquement évité les capteurs océaniques de température, tant dans l’espace que lancés autour des océans du monde, qui contrôlent les températures de couche superficielles et supérieures océaniques.

Une étude de Douglass-Knox (International Journal of Geosciences, 2010, 1, 99-101) utilisant seulement les données des bouées Argo de 2003 à 2008, trouve à l’aide de quatre algorithmes différents une tendance au refroidissement.

Knox-douglass
Contenu thermique des océans déduit des mesures ARGO (échelle de gauche, en bleu, données originales, en rouge : données filtrées) et température de surface des océans (échelle de droite, en vert).

A noter que les résultats (moyennés, en vert) publiés par le Hadley Center (qui est aussi responsable aussi des mesures de températures HadCruT) sont cohérents avec le résultats montrés par Knox et Douglass.

Cette étude est considérée par Pielke comme scientifiquement solide (is a solid scientific study on these questions), bien que Kevin Trenberth la considère comme une ânerie (« rubbish »).

Les marges d’erreur sont considérables

Roy Spencer constatant que l’évaluation du réchauffement continu des océans profonds repose sur la mesure de changements de températures au centième voire au millième de degré près doute qu’il soit possible de mesurer avec une telle précision un niveau de réchauffement aussi faible, sur une échelle de temps aussi longue (50 ans).
Mais les arguments les plus décisifs se trouvent dans un l’article de Carl Wunsh et Patrick Heimbach déjà cité (Bidecadal Thermal Changes in the Abyssal Ocean) 7

A l’évidence Carl Wunsh doute de la validité de cette étude :

« Récemment, Balamaseda et al (2013) ont proposé des estimations des changements abyssaux avec une précision de l’ordre de 0,01 W/m2 (correspondant à un changement de température de 0,0004 °C sur 20 ans) en dessous de 700M ».
Un prétendu réchauffement des couches abyssales avec un niveau de précision de l’ordre de 0,01 W/M2 (e.g., Balmaseda et al., 2013) nécessiterait un examen minutieux.

Les arguments de Carl Wunsch portent sur 2 points :

  • les variations de températures invoquées sont trop faibles pour être significatives ;
  • les temps de réaction de l’océan (qui peuvent aller jusqu’à plusieurs siècles), ne permettent pas d’imputer des évolutions à des déséquilibres survenus dans un passé récent.

A propos de la précision des mesures :

Dans leur article Carl Wunsh et Patrick Heimbach écrivent (ligne 47) :

Considérons par exemple que le réchauffement de l’océan du aux GES soit de l’ordre de 1W/m2 (e.g., Hansen et al., 2005) et sans doute même inférieur.

Un réchauffement de 1W/m2, maintenu pendant 20 ans, ne produirait un changement de contenu d’énergie que d’environ 2.2 × ²³ Joules correspondant à une augmentation de température moyenne de l’océan global d’environ 0,04 °C.

Munsch ajoute que la récente réévaluation du forçage radiatif à 0,5 W/M2 (Church et al., 2011), rend encore plus problématique la détection d’aussi faibles variations.

A propos des temps de réponse de l’océan global

Dans ce même article (ligne 186) Carl Wunsh Patrick Heimbach écrivent :
Une des caractéristiques fondamentales de l’océan est sa mémoire longue. C’est pourquoi la brièveté des données instrumentales est si frustrant.
De simple calculs montrent que l’océan répond sur des échelles de temps allant de la seconde à des milliers d’années.
Toutes hypothèses attribuant des évolutions à des déséquilibres survenus lors d’un passé récent doivent être examinées et justifiées.

Et si la chaleur perdue n’existait pas ?

Le réchauffement climatique résulte de la différence entre l’énergie entrante (apportée par le soleil), et l’énergie sortante rayonnée vers l’espace à partir du sommet de l’atmosphère.

Si l’énergie entrante est supérieure à l’énergie sortante (par exemple, à cause du « forçage radiatif » du à l’effet de serre), la planète se réchauffe.

bilan-radiatif
L’hypothèse d’une chaleur manquante (ne se manifestant pas par un réchauffement) qui serait séquestrée dans les couches profondes de l’océan, repose donc sur le postulat d’un bilan radiatif excédentaire.

Or ce bilan radiatif est difficile à estimer avec précision car les flux entrants et sortants échappent aux mesures directes : Roy Spencer affirme lui-même que les satellites en orbite autour de la planète ne sont ni assez sensibles ni assez précis pour détecter de si faibles variations.

Pierre Morel estime que les forçages radiatifs ne sont connus qu’avec une précision de l’ordre de 3 W/M2.

En l’absence d’observations directes, le déséquilibre radiatif est donc estimé à partir de modèles.

En 2009, Kevin Trenberth estimait à 0,9 Watt/m2 la valeur du forçage radiatif du à l’accumulation du CO2 anthropogénique dans l’atmosphère depuis le début de l’ère industrielle.
Ci-dessous le schéma du budget radiatif de la terre popularisé par K. Trenberth :

budget-radiatif-trenberth-2009

En septembre 2013 la NASA a réévalué à 0,6 W/m2 le budget radiatif de la terre
(http://science-edu.larc.nasa.gov/energy_budget/pdf/Energy_Budget_Litho_10year.pdf)

Ci-dessous le schéma de la NASA :

Trenberth-nasa_new_energy_budget

Ainsi entre 2009 et aujourd’hui, il a été décidé (vraisemblablement sur la base de mesures CERES) que le bilan radiatif (qui mesure l’énergie excédentaire introduite dans le système climatique par l’accroissement des Gaz à Effet de Serre) a diminué de 0,9 à 0,6 W/m2), une réduction d’un tiers par rapport à l’estimation de 2009.

Pendant cette période, selon les données de Mauna Loa, les concentrations de CO2 ont augmenté de 388,16 ppm en novembre 2009 à 397,31 ppm en novembre 2013.

Carl Wunsch, dans l’article déjà cité (ligne 55), après avoir noté le forçage radiatif était de l’ordre de 0,5 W/M2 (selon les estimations Church et al., 2011), estime « qu’un budget radiatif atmosphérique prenant si peu en compte les changement dans les aérosols ou la distribution des nuages est un obstacle majeur à la détermination des changements du contenu de chaleur des océan ».

On voit donc l’incertitude qui pèse sur l’évaluation du forçage radiatif des Gaz à Effet de Serre sur laquelle repose la théorie du réchauffement climatique.

Le déséquilibre radiatif devrait normalement induire une augmentation des températures que l’on observe pas ; quant au réchauffement des couches profondes de l’océan, il n’est pas prouvé par l’étude de Balmaseda et collègues, loin s’en faut.

Certains scientifiques formulent donc l’hypothèse que si on ne trouve pas cette énergie manquante, c’est tout simplement parce qu’elle n’existe pas :

  • R.L. Lindzen et Y.S. Choi (2009) défendent la thèse que plus de chaleur que ce que prévoient les modèles s’échappent dans l’espace du fait de rétroactions négatives.
  • Douglass et Knox, Roy Spencer et Roger Pielke estiment quant à eux qu’il rentre dans le système climatique moins de chaleur que ne l’indiquent les modèles.

Epilogue : pourquoi y a t-il autant de climato-sceptiques ?

Dans un billet du 09 octobre 2013, Stéphane FOUCART journaliste au « Monde » affirme :
La pause du réchauffement climatique est au climato-sceptique ce que le poumon est au Malade imaginaire.
En réalité, le réchauffement ne s’est nullement arrêté au cours des quinze dernières années et ceux qui affirment le contraire se trompent (ou vous trompent). Démonstration en 5 points.

Point central de l’argumentaire en 5 points, la reprise de la courbe Balmaseda et al sur l’évolution du contenu thermique des océans (acceptée sans discussion).

Après sa « non démonstration » en 5 points, Stéphane FOUCART conclut ainsi son article  :

La longueur de ce billet illustre bien cette confidence d’un chercheur en sciences du climat : « La raison pour laquelle il y a autant de climato-sceptiques, c’est qu’en matière de changement climatique, il faut dix secondes pour sortir une ânerie, et dix minutes pour expliquer pourquoi c’est une ânerie. »

Je pense en effet qu’il n’a pas fallu plus de 10 minutes à M. FOUCART pour compiler sans discernement 5 courbes issues de travaux de scientifiques défenseurs de la théorie du réchauffement anthropique.

PS

Voir aussi les articles de :

Judith Curry « Ocean heat content uncertainties » posté le 21 janvier 2014 (http://judithcurry.com/2014/01/21/ocean-heat-content-uncertainties/)

Bob Tisdale : NODC Provides 1st Quarter 2013 Ocean Heat Content Update (http://wattsupwiththat.com/2013/05/26/nodc-provides-1st-quarter-2013-ocean-heat-content-update-alarmist-writes-science-fiction/)

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