Réflexions sur la complexité

La machine climatique est un système qui comprend l’atmosphère, l’hydrosphère, la lithosphère, et la biosphère en interaction permanente par des échanges de matière et d’énergie cependant que les phénomènes dont elles sont le siège ont lieu sur des échelles d’espace avec des temps de réponse très différents.

Trois aspects de complexité de la machine climatique :

Le battement d’aile d’un papillon au Brésil peut-il provoquer une tornade au Texas ?

Météorologue au MIT, C. Lorentz a posé le principe fondateur de la théorie du chaos, qui peut se définir ainsi : « une infime variation de paramètre d’un phénomène chaotique à un moment donné peut faire varier énormément le résultat final ».

S’il y a chaos, l’amplification des erreurs initiales par rapport à l’état réel de l’atmosphère conduit au bout de quelques jours à une dérive de la solution calculée qui ne correspond plus à la réalité, même approximativement.

Mathématiquement cette incertitude intrinsèque se traduit par la non-linéarité des systèmes.¹

Il est ainsi depuis admis (s’agissant de l’atmosphère) qu’une incertitude intrinsèque s’ajoute aux incertitudes résultant de l’imprécision des mesures et de la méconnaissance de tous les mécanismes.

La respiration des plantes

Lors de la photosynthèse, les plantes absorbent du CO2 mais en rejettent dans l’atmosphère quand elles respirent.

… et quand elles meurent, elles libèrent le carbone qu’elles ont emmagasiné sous forme de C02 ; les échanges de CO2 à l’occasion de la photosynthèse sont de 120 gigatonnes de carbone par an².

Quand le sol comporte un couvert végétal, l’évaporation s’effectue essentiellement sous forme de transpiration à travers les «pores» de la plante, et ce transfert freine l’évaporation.

Mais la végétation est capable de réduire sa transpiration quand elle détecte un manque d’eau : si le sol et la zone racinaire s’assèchent,  la plante ferme ses stomates pour diminuer le flux entre le système racinaire et les feuilles : l’évapotranspiration diminue, car la plante est en situation de stress hydrique.

Calculer le flux d’eau que les racines sont capables (en fonction des propriétés physiologiques des plante) de pomper dans le sol, puis de le transférer vers le feuillage où l‘évaporation aura lieu à travers les pores de la feuille (plus ou moins ouverts selon les conditions environnementales), tel est le défi que doivent relever les modélisateurs du climat.

Le tapis roulant de l’océan mondial

Les échanges de carbone entre l’atmosphère et  les océans sont de 70 gigatonnes par an.

Les différences de températures (l’eau froide est plus dense que l’eau chaude) et de salinité (l’eau salée est plus dense que l’eau douce) entre les différentes couches de l’océan, provoque la circulation dite thermohaline : l’eau plus froide et plus salée plonge,et est remplacée par un apport équivalent d’eau en surface.

Il s’établit ainsi un système de circulation des eaux chaudes et des eaux froides à I’échelle globale : le tapis roulant de l’océan mondial.

Cette circulation à très grande échelle brasse l’ensemble des bassins océaniques.
En revenant à la surface, les eaux agissent sur l’atmosphère à des milliers de kilomètres de leur lieu d’origine et des dizaines (voire des centaines) d’années plus tard.

La circulation océanique profonde est lente, de l’ordre du millimètre par seconde et agit sur le système climatique sur des échelles de temps allant de quelques années à plusieurs siècles.

Le temps entre deux occasions où une masse d’eau peut communiquer avec l’atmosphère s’appelle son temps de ventilation : à ce moment précis où elles ont été en contact avec l’atmosphère et le rayonnement solaire, les eaux océaniques acquièrent leurs caractéristiques (en température, sel, gaz dissous, concentration en CO2).

Ainsi, les caractéristiques d’une eau de mer sont déterminées par les conditions climatiques auxquelles cette eau a été soumise au moment où, étant en surface, elle était au contact de l’atmosphère.

Les eaux profondes les plus jeunes se trouvent dans l’océan Atlantique Nord, les plus anciennes dans le Pacifique Nord où l’on estime qu’elles sont âgées d’environ 2000 ans.

Les eaux profondes de l’Atlantique Nord observées aujourd’hui dans l’Atlantique Nord reflète les conditions climatiques qui existaient du temps de Louis XIV !

 

¹ Dans un système non-linéaire deux sollicitations différentes déclenchent deux mouvements distincts et l’addition simultanée de ces deux sollicitations engendrera un nouveau mouvement. Mais, dans le cas non-linéaire, contrairement au cas movement linéaire, ce nouveau mouvement ne se réduit pas simplement à la superposition des deux mouvements oriqinels chacune des deux sollicitations verra son effet perturbé par la présence de l’autre.
 
²A rapprocher des 6 à 8 gigatonnes émises par les activités humaines, auxquelles il faut ajouter une contribution due à la déforestation, de 2 gigatonnes par an)

Lire la suite : Peux t-on faire confier l’avenir à des modèles ?

Le cahier des charges du GIEC, vice originel  – La planète se réchauffe t-elle ? –  Ce qui est établi, ce qui reste incertain – Climato sceptique ou GIECO sceptique ? – Des causes naturelles sous estimées– Réflexion sur la complexité  – Peux t-on faire confier l’avenir à des modèles ? — Une nouvelle doxa – La transition énergétique : ne pas se tromper de cible

 

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