Modèles climatiques : pourquoi une fourchette ?

Il y a un chiffre qui me revient à chaque fois que je construis un graphique de projections : la fourchette. Jamais un point net, toujours un ruban. « Entre 2,1 et 3,5 °C », lit-on, et beaucoup de gens y voient un aveu d'impuissance. C'est l'inverse. Les modèles climatiques ne bafouillent pas quand ils donnent une fourchette, ils sont honnêtes sur ce qu'ils peuvent savoir. Reste à comprendre d'où vient cette largeur, et pourquoi elle ne se refermera jamais complètement.

Un modèle climatique est un programme qui résout les équations de la physique de l'atmosphère et de l'océan sur une grille couvrant la planète. Sa projection prend la forme d'une fourchette parce que trois incertitudes se cumulent : le scénario d'émissions futur, notre connaissance imparfaite de certains processus physiques, et la variabilité naturelle du climat.

Qu'est-ce qu'un modèle climatique, concrètement ?#

Sous le mot « modèle », il y a d'abord un cœur physique très concret. Un modèle de circulation générale, ce qu'on appelle un GCM, résout les équations de Navier-Stokes appliquées à une sphère en rotation, couplées aux équations de la thermodynamique (rayonnement, changements de phase de l'eau). Autrement dit, il simule ensemble la circulation de l'atmosphère et celle de l'océan, à partir des lois de la mécanique des fluides, pas à partir de statistiques du passé.

Pour calculer tout ça, on découpe la planète en mailles. Et là, une précision s'impose, parce que c'est la source d'erreur numéro un que je vois circuler. La résolution dépend entièrement du modèle et de son périmètre. Un modèle global générique tourne autour de mailles d'environ 150 km, selon la communication de Météo-France. Un modèle régional comme Aladin-Climat ou Arpège-Climat descend jusqu'à 12 km sur la France. Et le modèle à échelle kilométrique CNRM-AROME atteint une résolution horizontale de 2,5 km sur 60 niveaux verticaux, utilisé pour des études climatiques depuis 2014. Trois chiffres, trois périmètres : ils ne sont pas interchangeables, et citer « la » résolution d'un modèle sans dire lequel n'a aucun sens.

Plus la maille est fine, plus on voit de détails. Mais un maillage serré coûte cher en calcul, et il ne supprime pas l'incertitude. On y reviendra, c'est même parfois le contraire.

Pourquoi tous les modèles ne donnent-ils pas le même résultat ?#

Parce qu'il n'existe pas un modèle, mais des dizaines, développés indépendamment par des équipes différentes. Pour les comparer proprement, la communauté scientifique s'appuie sur le projet CMIP (Coupled Model Intercomparison Project), coordonné par le Programme mondial de recherche sur le climat des Nations unies. Ses exercices servent de socle aux rapports du GIEC, ce qui explique pourquoi le fonctionnement du GIEC et la validation de ses rapports reposent au fond sur cette matière brute.

Le saut de génération est parlant. CMIP5 rassemblait environ 40 modèles produits par 20 groupes de modélisation. CMIP6, la génération qui alimente le sixième rapport, en réunit une centaine, issus de 49 groupes. Faire tourner autant de modèles sur les mêmes scénarios, c'est la seule façon de savoir sur quoi ils s'accordent et sur quoi ils divergent.

Or ils divergent, et pas qu'un peu. Les modèles CMIP6 affichent une fourchette de sensibilité climatique plus large et une moyenne plus élevée que CMIP5. Le GIEC attribue cet écart à une rétroaction nuageuse amplificatrice plus forte d'environ 20 % dans CMIP6. Les nuages restent le talon d'Achille des modèles, et c'est un sujet à part entière que j'ai creusé à propos des stratocumulus et de leur point de bascule.

Cette sensibilité, justement, a un nom : la sensibilité climatique d'équilibre. Dans l'AR6, sa meilleure estimation est de 3 °C, avec une fourchette probable de 2,5 à 4 °C et une fourchette très probable de 2 à 5 °C. Le rapport précédent, l'AR5, donnait 1,5 à 4,5 °C sans meilleure estimation. Le progrès n'a pas resserré la fenêtre par magie, il a permis de placer une valeur centrale là où il n'y en avait pas. Sur ce paramètre précis, les travaux récents sur les nuages et l'ECS montrent que le débat est loin d'être clos.

Que veulent dire RCP et SSP ?#

Un modèle, aussi bon soit-il, ne sait pas ce que l'humanité va émettre. On lui fournit donc des scénarios d'émissions. C'est le point que la plupart des gens confondent : le modèle ne prédit pas l'avenir, il calcule les conséquences d'hypothèses qu'on lui impose.

La génération CMIP5 utilisait les scénarios RCP, quatre trajectoires fondées sur les concentrations de gaz à effet de serre : RCP2.6 (trajectoire vertueuse, réchauffement inférieur à 2 °C), RCP4.5 et RCP6.0 (intermédiaires), RCP8.5 (absence de régulation, autour de 5 °C en fin de siècle). CMIP6 est passé aux SSP, les Shared Socioeconomic Pathways, qui relient les trajectoires d'émissions à des hypothèses socio-économiques. L'AR6 en retient cinq : SSP1-1.9, SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP3-7.0 et SSP5-8.5.

La notation mérite un mot, parce qu'elle est plus logique qu'elle en a l'air. Dans SSPx-y, le nombre « y » correspond au niveau approximatif de forçage radiatif, en watts par mètre carré, atteint en 2100 par le scénario. Un SSP5-8.5, c'est 8,5 W/m² de forçage. Voici ce que donnent ces cinq scénarios sur le réchauffement à long terme, horizon 2081-2100, par rapport à 1850-1900, tel que publié dans le tableau SPM.1 de l'AR6 :

Scénario	Meilleure estimation	Fourchette très probable
SSP1-1.9	1,4 °C	1,0 à 1,8 °C
SSP1-2.6	1,8 °C	1,3 à 2,4 °C
SSP2-4.5	2,7 °C	2,1 à 3,5 °C
SSP3-7.0	3,6 °C	2,8 à 4,6 °C
SSP5-8.5	4,4 °C	3,3 à 5,7 °C

J'ai retracé ce tableau une bonne dizaine de fois sous forme de courbes, et à chaque fois la même chose me saute aux yeux : l'écart entre les scénarios est plus grand que la largeur de chaque fourchette. Traduction, ce qu'on décide d'émettre pèse davantage que tout ce que les modèles ne savent pas encore. Le scénario SSP5-8.5 lui-même est aujourd'hui discuté comme peu probable, un point que des travaux du WCRP ont récemment mis en avant.

Les trois sources d'incertitude, le vrai cœur du sujet#

On arrive à la question qui me tient à cœur : pourquoi la fourchette existe, et pourquoi elle ne disparaîtra pas. Le service DRIAS de Météo-France en donne une grille de lecture que je trouve limpide, en distinguant trois sources.

La première est l'incertitude socio-économique. Elle vient des scénarios d'émissions futurs, c'est-à-dire de nos choix collectifs. Personne ne peut la réduire par le calcul : elle dépend de la politique, de l'économie, des technologies. C'est elle qui explique l'essentiel de l'écart du tableau ci-dessus.

La deuxième est l'incertitude scientifique et technique, dite épistémique. Elle tient à notre connaissance imparfaite de certains processus, la convection, les nuages, les rétroactions. Celle-là, la recherche la grignote lentement, génération de modèles après génération de modèles.

La troisième est la variabilité naturelle du climat, une incertitude stochastique liée aux conditions initiales et au caractère chaotique du système. DRIAS parle joliment d'une « bonne incertitude » à préserver : le climat réel oscille, et un modèle qui la gommerait mentirait sur la nature du système.

Là où ça devient contre-intuitif, et c'est le point que j'ai mis le plus longtemps à digérer, c'est la cascade d'incertitudes. Les incertitudes se cumulent le long de la chaîne de modélisation, de la descente d'échelle jusqu'aux modèles d'impact hydrologique ou agricole. Une résolution plus fine, censée apporter plus de détail, peut paradoxalement accroître l'incertitude globale. Affiner la maille ne resserre pas mécaniquement la projection. J'avoue que sur ce paradoxe, je bute encore un peu à chaque fois qu'on me le présente : notre intuition d'ingénieur veut qu'un calcul plus précis donne un résultat plus sûr, et le climat refuse cette évidence.

Et demain ? CMIP7 et l'AR7#

Le cadre bouge en ce moment même. CMIP7 est en préparation, avec un nouveau jeu de scénarios baptisés Medium, High et plusieurs variantes Low, appelés à remplacer la nomenclature SSP. Les premières données CMIP7 étaient attendues pour la fin 2025.

Côté GIEC, le septième cycle d'évaluation est lancé. La première réunion des auteurs principaux s'est tenue à Paris en décembre 2025, la deuxième à Santiago du Chili en avril 2026. La publication du rapport du Groupe I est visée pour 2028, mais je le formule au conditionnel à dessein : les auteurs eux-mêmes présentent cette date comme la plus tendue, avec un risque de glissement, et le calendrier n'était pas définitivement acté. Pour qui veut relier tout ça aux conclusions concrètes, le sixième rapport et ses conclusions pour la France reste la meilleure porte d'entrée, en attendant que la trajectoire française à horizon 2100 intègre la prochaine génération de scénarios.

FAQ#

Un modèle climatique prédit-il la météo de 2050 ?#

Non. Un modèle climatique ne prédit pas le temps qu'il fera un jour donné. Il simule le comportement statistique moyen du système climatique sur des décennies, à partir des équations de la physique de l'atmosphère et de l'océan. Il répond à la question « quel climat » sous une hypothèse d'émissions donnée, pas « quel temps » à une date précise.

Pourquoi les projections donnent-elles une fourchette et pas un chiffre ?#

Parce que trois incertitudes se cumulent : le scénario d'émissions futur, que personne ne connaît à l'avance ; notre connaissance imparfaite de processus comme les nuages ou la convection ; et la variabilité naturelle du climat, de nature chaotique. La fourchette n'est pas une faiblesse du modèle, c'est la traduction honnête de ce qu'on peut et ne peut pas savoir.

Quelle différence entre RCP et SSP ?#

Les RCP, utilisés par la génération CMIP5, décrivaient des trajectoires fondées uniquement sur les concentrations de gaz à effet de serre. Les SSP, adoptés dans le sixième rapport avec CMIP6, relient ces trajectoires à des hypothèses socio-économiques. L'AR6 retient cinq scénarios illustratifs, de SSP1-1.9 à SSP5-8.5.

Que signifie le chiffre dans SSP5-8.5 ?#

Dans la notation SSPx-y, le nombre « y » correspond au niveau approximatif de forçage radiatif, exprimé en watts par mètre carré, atteint en 2100 par le scénario. Un SSP5-8.5 vise donc environ 8,5 W/m² de forçage en fin de siècle, soit une trajectoire à très fortes émissions.

Un maillage plus fin donne-t-il une projection plus fiable ?#

Pas nécessairement. Une résolution plus fine apporte du détail, mais les incertitudes se cumulent le long de la chaîne de modélisation, un phénomène appelé cascade d'incertitudes. Selon DRIAS, affiner la maille peut même accroître l'incertitude globale de la projection, malgré un rendu plus détaillé.