Une histoire des sciences du climat vue par les scientifiques
Des chercheurs nous racontent les avancées qu’ils considèrent majeures dans leurs domaines respectifs… Une frise originalement publiée sur The Conversation .
1823
"Alexander von Humboldt est l’auteur de la première carte isotherme du monde. Il a illustré la distribution des températures sur la Terre résultant d’une distribution inégale de l’énergie solaire et de sa redistribution par les courants marins. En soulignant le rôle essentiel de l’océan dans le climat, il est considéré comme un pionnier de la climatologie et de l’océanographie."
Mireille Lefèvre, chercheuse spécialisée en biologie marine et rayonnement solaire.
1824
"Joseph Fourier fonde la physique du climat (la température des planètes s’ajuste pour annuler le bilan d’énergie) et le principe de l’effet de serre."
Jean-Louis Dufresne, chercheur en physique du climat, étudiant les changements climatiques, les rétroactions et les échanges d’énergie par rayonnement.
1840
"Louis Agassiz (qui reprenait une suggestion de Charpentier) propose que les blocs erratiques ne résultent pas du Déluge mais de l’extension des glaciers."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
1867
"James Croll (reprenant une suggestion d’Adhémar) propose que le cycle de la précession (et donc la position de la Terre par rapport au Soleil, connue depuis l’Antiquité) pouvait entraîner des cycles de glaciations."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
1873
"Début de l’expédition systématique des océans (Challenger Expedition, en particulier)."
Gilles Reverdin, océanographe.
1896
"Svante Arrhenius suggère, pour contrecarrer Croll, que les glaciations sont associées à la baisse du CO2 et de son effet de serre."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
1930
"Milutin Milanković fait des calculs de l’énergie que reçoit la Terre à chaque latitude, et suggère que les variations à 65°N sont importantes et peuvent amorcer le processus de glaciation ou de déglaciation."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
1938
"Guy Callendar publie la première preuve du réchauffement de la planète issue directement d’observations. Il collecte des mesures de température de 147 lieux partout sur le globe et estime que la température moyenne mondiale des continents s’est réchauffée d’environ 0.3 K [ou °C] entre 1880 et 1935. Il fournit aussi une preuve que les niveaux atmosphériques de dioxyde de carbone ont augmenté, et que cette augmentation explique environ la moitié du réchauffement observé."
Ed Hawkins, chercheur expert de la variabilité et du changement climatiques.
1940’s aux 1950’s
"L’océanographe américain Henry Stommel décrit pour la première fois la circulation générale des océans (appelée circulation thermohaline) engendrée par les différences de température et de salinité de l’eau de mer. La circulation thermohaline est une vaste boucle traversant tous les océans avec des courants profonds et des courants de surface dont le Gulf Stream est un exemple."
Anny Cazenave, chercheuse experte en géodésie spatiale appliquée à l’étude de la planète (forme et gravité de la Terre, hydrologie et océanographie spatiales, niveau de la mer et climat).
1942
"Carl-Gustav Rossby et son travail sur les « ondes Rossby », un pas majeur dans l’analyse et la compréhension des dynamiques océanique et atmosphérique."
Gilles Reverdin, océanographe.
1945 - 1950
"Un grand pas a été le développement des ordinateurs et construction de modèles numériques des écoulements des fluides régis par les équations (non-linéaires) de Navier-Stokes, modèles applicables notamment à l’atmosphère terrestre. Ceci a permis la simulation de la circulation atmosphérique à l’échelle régionale puis globale sur des intervalles de temps de quelques jours. Ces travaux se sont déroulés principalement en Angleterre (où le temps est un sujet favori de conversation) et aux USA. L’utilisation de modèles numériques est restée jusqu’à nos jours une composante essentielle de l’étude des phénomènes naturels."
Pierre Morel, physicien en sciences de l’atmosphère.
1955
"Cesare Emiliani utilise les isotopes des carbonates (¹⁸O) des coquilles calcaires des foraminifères pour retracer plus de 15 cycles de glaciation dans des carottes marines, et fait le lien avec la théorie astronomique."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
1957
"Lancement du premier satellite artificiel de la Terre."
Anny Cazenave, chercheuse experte en géodésie spatiale appliquée à l’étude de la planète (forme et gravité de la Terre, hydrologie et océanographie spatiales, niveau de la mer et climat).
1958
"Naissance de la théorie statistique des valeurs extrêmes, avec R. Fisher, L. Tipett et E. Gumbel.
Cette théorie décrit les grandes variations de variables aléatoires, comme la Gaussienne décrit la moyenne. Gumbel a été le premier à l’utiliser pour traiter de questions d’hydrologie. Maintenant, cette théorie fait partie de la culture de l’équipe ESTIMR [au sein du Laboratoire des Sciences de Climat et de l’Environnement]. J’ai découvert cette théorie en 1988, quand j’étais en 2ème année des Ponts et Chaussées, pendant un cours sur les statistiques d’extrêmes."
Pascal Yiou, chercheur en climatologie statistique.
"Premières mesures [fiables] du CO2 atmosphérique."
Frédéric Parrenin, chercheur expert en datation des carottes de glace.
1963
"Le papier d’Edward Lorenz décrit le chaos dans un système déterministe. Cela ouvre la voie à toute une activité sur les systèmes non linéaires, la prévisibilité, et la description de la variabilité.
J’ai découvert cet article en 1987, quand j’étais en fin de première année des Ponts et Chaussées, dans un cours sur les équations différentielles, et l’analyse qualitative des systèmes dynamiques. J’avais comme « projet » de programmer la résolution des équations du modèle de Lorenz et de visualiser la sensibilité aux conditions initiales. Cela a été une révélation. Plus de 30 ans après, je travaille toujours avec ce modèle, pour des exemples de définition de probabilités dans des systèmes déterministes."
Pascal Yiou, chercheur en climatologie statistique.
1964
"Willi Dansgaard publie l’utilisation des isotopes de l’eau comme traceur de la température."
Anaïs Orsi, paléoclimatologue, spécialisée dans l’étude des carottes de glace.
1967
"Manabe et Wetherald font une première estimation d’une réponse à un doublement de CO2 avec prise en compte de la rétroaction vapeur d’eau, dont ils montrent l’importance."
Jean-Louis Dufresne, chercheur en physique du climat.
"Paramétrisation et évaluation de la rétroaction de la vapeur d’eau en réponse au réchauffement global dans un modèle simplifié de climat (sans rétroaction des nuages)."
Hervé Douville, chercheur en modélisation et analyse du changement climatique et de ses conséquences sur le cycle de l’eau.
1968
"Dansgaard et al. publient la composition en 18O de la carotte de glace de Camp Century (80 000 ans) et font le lien avec les événements froids européens."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
1969
"Réunion à la NASA (Williamston, USA) avec des scientifiques américains et français pour établir un plan d’étude des océans depuis l’espace. L’altimétrie spatiale y est évoquée pour la première fois. "
Anny Cazenave, chercheuse experte en géodésie spatiale appliquée à l’étude de la planète.
1976
"Hays, Imbrie et Shackleton publient l’étude d’une carotte marine (océan indien) datée et les isotopes de carbonates identifiés comme indicateur du volume de glace. Les auteurs pensent valider la théorie de Milanković."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
1979
"La première expérience mondiale du Programme Mondial de Recherche Atmosphérique (GARP) et le début de l’utilisation systématique des données in situ et satellitales pour suivre l’évolution de l’atmosphère et de l’océan de façon globale."
Gilles Reverdin, océanographe.
"Un pas important a été le développement, principalement aux USA, en Russie puis en France, de moyens de collecte rapide (en quelques heures) des observations météorologiques effectuées sur toute la planète.
Le développement de satellites artificiels équipés d’instruments a, lui, permis de mesurer à distance certains paramètres atmosphériques dont la température du sol et de l’atmosphère, la couverture nuageuse et, dans certains cas, la force des vents. Ces travaux étaient coordonnés au plan mondial par un comité rassemblant des chercheurs universitaires et des services météorologiques opérationnels dans le cadre du GARP – dont je faisais partie au titre de représentant français."
Pierre Morel, physicien en sciences de l’atmosphère.
"Le rapport Charney annonce le réchauffement climatique et propose une estimation de la sensibilité du climat (entre 1,5 °C et 4,5 °C pour un doublement de la teneur atmosphérique en CO2 une fois l’équilibre atteint)."
Jean Jouzel, chercheur dans le domaine de l’évolution du climat (vice-président du groupe I du GIEC de 2002 à 2015).
"Le rapport Charney, la première synthèse sur l’estimation du réchauffement global et de la sensibilité climatique."
Jean-Louis Dufresne, chercheur en physique du climat, étudiant les changements climatiques, les rétroactions et les échanges d’énergie par rayonnement.
1980
"Delmas, Ascencio et Legrand mettent au point une technique fiable pour mesurer le CO2 des bulles de la glace. Ils observent qu’il y avait moins de CO2 il y a 20 000 ans, en période glaciaire."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
1982
Source des données: Kindler et al. (2014). Visualisation : © Même Terre.
"Découverte au Groenland des événements de réchauffement rapides dits de « Dansgaard–Oeschger », à partir des isotopes de l’eau mesurés dans les carottes de glace Camp Century et Dye 3."
Xavier Faïn, paléoclimatologue travaillant sur la reconstruction des évolutions passées de la composition atmosphérique à partir des carottes de glace, afin de mieux caractériser la variabilité naturelle du climat ou ses évolutions plus récentes sous les pressions anthropiques.
1984
"Première analyse complète des rétroactions du système climatique, par J. Hansen et al."
Jean-Louis Dufresne, chercheur en physique du climat.
Visualisation : © Même Terre.
"Mark Meier montre que les glaciers de montagne, même s’ils occupent sur une surface restreinte sur la Terre, fondent si vite qu’ils contribuent à un tiers de la hausse du niveau de la mer."
Étienne Berthier, glaciologue. Grâce aux images des satellites d’observation de la Terre, Étienne Berthier étudie l’évolution des glaciers de montagnes afin de mieux comprendre leurs réponses aux changements climatiques et leur contribution à la hausse du niveau des mers.
1987
"Publication de l’enregistrement de l’analyse de la carotte de glace de Vostok sur 160 000 ans. Trois articles dans Nature : température, CO2, et une étude de corrélation entre les deux."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
Frédéric Parrenin, chercheur expert en datation des carottes de glace.
"Ces résultats majeurs sont depuis précisés, et constituent en 1990 la deuxième figure du premier rapport d’évaluation du GIEC."
Xavier Faïn, paléoclimatologue.
1988
"Création du Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat (GIEC)."
Frédéric Parrenin, chercheur expert en datation des carottes de glace.
1989
"Création du Program for Climate Diagnosis and Intercomparison au Laboratoire national Lawrence Livermore (LLNL, États-Unis). Son but officiel est d’améliorer la compréhension des différences entre les modèles climatiques. Le premier grand projet de ce programme, le Projet d’Intercomparaison des Modèles Atmosphériques (AMIP) démarra un an plus tard. Grâce à cela, les modélisateurs du climat eurent pour la première fois accès à une structure institutionnelle pour comparer et évaluer la performance des modèles de circulation générale de l’atmosphère dans des conditions similaires. En 1995, 31 groupes de modélisation avaient pris part au projet, représentant presque entièrement la communauté modélisant l’atmosphère."
Ludovic Touzé-Peiffer, chercheur en modélisation de la convection et en histoire des sciences du climat.
1990
"Article scientifique de Lorius, Jouzel, Raynaud, Le Treut et Hansen, comparant la sensibilité du climat aux variations du CO2 et du méthane renseignées par la carotte de Vostok et par les premiers modèles de circulation générale. Les gaz à effet de serre contribueraient pour 50% du changement de la température entre périodes glaciaires et interglaciaires."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
"Première comparaison des rétroactions entre différents modèles climatiques et mise en évidence du rôle dominant des nuages dans l’incertitude de la sensibilité climatique par Robert Cess et al."
Jean-Louis Dufresne, chercheur en physique du climat.
"Les modèles numériques, de plus en plus complexes, sont utilisés quasiment universellement pour aborder toutes questions concernant l’évolution des phénomènes naturels sans sortir de son bureau, notamment la 'prédiction' des changements climatiques et écologiques du futur. Au plan scientifique, ces efforts sont coordonnés par un Programme Mondial de Recherche sur le Climat (WCRP en anglais) focalisé sur les aspects physiques tandis qu’une 'coalition' informelle de chercheurs encourage l’étude des processus chimiques et biologiques dans le cadre du programme IGBP (Internationnal Geosphere-Biosphere Program). Ces travaux ne sont malheureusement pas encore appuyés sur une base adéquate d’observations sur le terrain des processus très complexes qui affectent l’environnement planétaire. J’ai été moi-même 'directeur' du programme WCRP à l’Organisation Météorologique Mondiale pendant ses douze premières années."
Pierre Morel, physicien en sciences de l’atmosphère.
1991
"Première estimation quantitative du forçage radiatif dû aux interactions aérosols-rayonnement."
Olivier Boucher, climatologue.
1992
"Lancement du satellite altimétrique franco-américain Topex/Poseidon dédié à l’étude des océans, en particulier des courants marins."
Anny Cazenave, chercheuse experte en géodésie spatiale appliquée à l’étude de la planète.
1993
Source des données: Kindler et al. (2014). Visualisation : © Même Terre.
"Des carottes de glace du Groenland établissent l’existence de changements climatiques abrupts (en l’espace d’années ou de décennies), avec des dizaines d’événements documentés pendant la dernière période glaciaire."
Jeremy Shakun, paléoclimatologue.
1994
"Première estimation quantitative du forçage radiatif dû aux interactions aérosols-nuages."
Olivier Boucher, climatologue.
1996
"A la suite du succès d’AMIP, il fut décidé d’organiser un projet similaire autour des modèles de circulation générale (GCM) couplés, c’est-à-dire un couplage de modèles atmosphérique et océanique. Ce fut le début de CMIP1, la première phase du Projet d’Intercomparaison des Modèles Couplés, avec l’objectif de mesurer et de comprendre l’aptitude des GCMs couplés à simuler le climat présent."
Ludovic Touzé-Peiffer, chercheur en modélisation de la convection et en histoire des sciences du climat.
1997
"Lancement de CMIP2, la deuxième phase du Projet d’Intercomparaison des Modèles Couplés, qui comparait les changements climatiques simulés par des modèles couplés et causés par une augmentation annuelle de 1% du CO2 atmosphérique. Cette deuxième phase fut une grande opportunité pour rendre plus robustes les déclarations sur le changement climatique anthropique. CMIP1 et CMIP2 ont joué un rôle significatif dans le troisième rapport d’évaluation du GIEC."
Ludovic Touzé-Peiffer, chercheur en modélisation de la convection et en histoire des sciences du climat.
1999
"Article scientifique dans Nature « L’histoire du climat et de l’atmosphère des 420 000 dernières années basée sur la carotte de glace antarctique de Vostok »."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
"L’article de J.R. Petit dans Nature montre une forte correspondance entre la concentration en CO2 et la température de l’Antarctique lors des cycles glaciaires."
Anaïs Orsi, paléoclimatologue, spécialisée dans l’étude des carottes de glace.
"Une reconstruction des températures mondiales à partir de plusieurs indicateurs suggère que le réchauffement récent est sans précédent dans le dernier millénaire."
Jeremy Shakun, paléoclimatologue.
2003
"La plateforme de glace de Larsen B se désintègre : on a compris que les calottes glaciaires, ça peut fondre très vite. Depuis cet évènement, les modèles d’écoulement des glaces ont été complètement réécrits."
Anaïs Orsi, paléoclimatologue, spécialisée dans l’étude des carottes de glace.
2004
"L’annonce de la mission OCO (Orbiting Carbon Observatory) en 2004 par Crisp et al. a marqué définitivement le domaine de la spectroscopie des gaz à effet de serre. Elle a ensuite été suivie par de nombreuses autres : GOSAT, OCO-2, TANSAT, MicroCarb, MERLIN…
C’est la première mission dédiée à la cartographie des puits et sources des gaz à effet de serre. En particulier, il a été mentionné que pour atteindre cet objectif, une précision meilleure que quelques pour mille est nécessaire pour la fraction molaire [i.e. la concentration] intégrée sur toute la colonne atmosphérique de CO2 déterminée à partir des spectres mesurés par le satellite. Cela nécessite une précision jamais atteinte des paramètres spectroscopiques du dioxyde de carbone et plus généralement des gaz à effet de serre. Pour répondre à ce besoin, de gros efforts ont été depuis effectués par la communauté internationale en spectroscopie moléculaire et en mesure optique. Plusieurs techniques expérimentales de haute résolution, haute sensibilité ont été développées et utilisées pour mesurer précisément la réponse spectrale des gaz à effet de serre en laboratoire […]. Plusieurs effets fins, négligés jusqu’alors, sont pris en compte dans la modélisation des signatures spectrales […]. Des techniques d’analyse avancées sont également développées. Au total, des centaines d’études ont été effectuées depuis et d’autres continuent de l’être pour caractériser précisément les signatures spectrales des gaz à effet de serre."
Ha Tran, chercheuse experte en spectroscopie moléculaire des gaz à effet de serre, modélisation spectrale et transfert radiatif.
Source des données: Jouzel et al. (2007). Visualisation : © Même Terre.
"Carotte de glace d’EPICA Dome C : 800 000 ans de température."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
Xavier Faïn, paléoclimatologue.
2005
"Couverture complète du domaine océanique par les flotteurs automatiques Argo qui mesurent en routine la température et la salinité des 2000 premiers mètres de l’océan."
Anny Cazenave, chercheuse experte en géodésie spatiale appliquée à l’étude de la planète.
2007
"Le livre de Nassim Taleb « Black Swan » sur la description et la dynamique des événements improbables mais possibles. Ce livre fait aussi une réflexion sur nos pratiques scientifiques, qui cherchent des causes où il n’y en a peut être pas."
"J’ai découvert ce livre et les travaux de Taleb, et d’autres (comme Didier Sornette, avec qui j’ai travaillé quand j’étais à UCLA), en 2013. Je m’intéressais à la description des événements extrêmes et leur prévisibilité. Ce livre m’a fait découvrir beaucoup de choses sur les événements « sans précédent ». Dorénavant, on voit de plus en plus de projets scientifiques parler de « black swans »."
Pascal Yiou, chercheur en climatologie statistique.
2008
Le cycle saisonnier est plus important dans l'hémisphère Nord, comprenant la plupart des terres émergées: la photosynthèse cause l'absorption du CO2 pendant le printemps et l'été. Le carbone est ensuite relâché par les feuilles mortes pendant l'automne et l'hiver. La figure de droite montre l'évolution dans le temps des concentrations de CO2 en termes de moyenne mondiale.
"Carotte de glace d’EPICA Dome C : 800 000 ans de CO2 (Lüthi et al., 2008)."
Jean-Robert Petit, glaciologue.
2014
"Ben Marzeion et collaborateurs montrent que les pertes de masse des glaciers de montagne depuis 1850 (date de la sortie du Petit Âge de Glace) s’expliquent en majorité par la variabilité naturelle du climat. En revanche, 70% des pertes glaciaires entre 1991 et 2010 sont, elles, attribuées au forçage anthropique."
Étienne Berthier, glaciologue.
2021
"L’océan est surveillé en routine depuis l’espace par de nombreux capteurs embarqués. Ceux-ci mesurent les courants, la température et la salinité de surface de la mer, la concentration en chlorophylle du phytoplancton, le vent de surface et les vagues et la hausse du niveau de la mer en lien avec le réchauffement climatique."
Anny Cazenave, chercheuse experte en géodésie spatiale appliquée à l’étude de la planète.