Qu'est-ce que le climat du futur selon les modèles du GIEC ?

Les modèles climatiques projettent, d'ici 2100, un réchauffement moyen compris entre 1,5 °C et 5 °C environ par rapport à l'ère préindustrielle, selon le scénario d'émissions suivi. Ils prévoient aussi une montée du niveau des mers, des précipitations redistribuées, des extrêmes plus fréquents et une acidification des océans. L'ampleur de ces changements dépend surtout des émissions futures de gaz à effet de serre.

Comment fonctionne un modèle climatique ?

Il découpe l'atmosphère, l'océan et les glaces en mailles et résout, pas de temps après pas de temps, les équations des lois physiques (énergie, masse, mouvement, rayonnement). Les processus plus petits qu'une maille, comme les nuages, sont paramétrés. On évalue le modèle en vérifiant qu'il reproduit le climat actuel et des climats passés.

Pourquoi la fonte de la banquise ne fait-elle pas monter le niveau de la mer ?

La banquise flotte : d'après la poussée d'Archimède, elle déplace déjà une masse d'eau égale à sa propre masse. En fondant, elle donne une eau qui occupe presque exactement ce volume déplacé, donc le niveau ne change quasiment pas. Seules les glaces posées sur un continent, comme les calottes du Groenland et de l'Antarctique, font monter les mers.

Quelle différence entre atténuation et adaptation au changement climatique ?

L'atténuation agit sur la cause : réduire les émissions de gaz à effet de serre ou renforcer les puits de carbone. L'adaptation limite les dégâts d'un climat qui change déjà : digues, cultures tolérantes à la sécheresse, villes végétalisées. Les deux sont complémentaires, car une partie du réchauffement est désormais inévitable.

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Le climat du futur

Q: De combien le niveau de la mer va-t-il monter d'ici 2100 ?

Par rapport à 1995-2014, les projections donnent environ 0,3 à 0,6 m pour un scénario à faibles émissions et 0,6 à 1 m pour un scénario à fortes émissions, davantage si les calottes antarctiques se déstabilisent. Cette hausse vient de la dilatation thermique de l'océan et de la fonte des glaces continentales, et elle se poursuivra pendant des siècles.

Modèles climatiques, scénarios du GIEC, projections de température et de niveau marin, conséquences, atténuation et adaptation (programme d'enseignement scientifique de Terminale)

À propos de cette page

Ce cours d'enseignement scientifique en terminale sur « Le climat du futur » suit le programme officiel d'enseignement scientifique de terminale. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : L'essentiel, Les modèles climatiques : construction et validation, Le climat du futur : scénarios et projections de température, Le niveau de la mer et les autres conséquences. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de terminale à réussir en enseignement scientifique.

L'essentiel

Modèle climatique : programme qui découpe l'atmosphère, l'océan, les glaces et les sols en mailles, puis résout pas à pas les équations des lois physiques (conservation de la masse, de l'énergie, de la quantité de mouvement, transferts de rayonnement). Il repose sur deux piliers : la mise en équations des mécanismes essentiels du système Terre et des méthodes numériques de résolution.

Scénario d'émissions : hypothèse sur l'évolution future des émissions de gaz à effet de serre et d'aérosols, qui dépend des choix des sociétés (démographie, économie, énergie). Le GIEC étudie une gamme de scénarios SSP, du plus sobre (SSP1-1.9) au plus émetteur (SSP5-8.5).

Projection : réponse calculée par les modèles pour un scénario donné. Ce n'est pas une prévision : elle dit « si les émissions suivent ce chemin, alors… ».

Émissions cumulées : quantité totale de CO₂ émise depuis l'ère préindustrielle. Le réchauffement global est à peu près proportionnel aux émissions cumulées de CO₂ : environ 0,45 °C pour 1 000 Gt de CO₂.

Atténuation et adaptation : l'atténuation agit sur la cause (réduire les émissions, préserver les puits de carbone) ; l'adaptation réduit la vulnérabilité à un climat qui change déjà (digues, cultures tolérantes à la sécheresse, villes végétalisées).

Les modèles climatiques : construction et validation

Rappel. La température moyenne dépend du bilan radiatif de la Terre. Les forçages (gaz à effet de serre, aérosols, activité solaire, volcans) le modifient ; les rétroactions (vapeur d'eau, albédo des glaces, nuages) amplifient ou atténuent la réponse. Ces mécanismes sont étudiés dans le chapitre « Les modifications du climat » : un modèle climatique les rassemble et les quantifie.

Construire un modèle. La planète est découpée en mailles d'environ 50 à 100 km de côté, sur plusieurs dizaines de niveaux verticaux. Dans chaque maille, l'ordinateur calcule température, pression, vents, humidité et courants, puis avance d'un pas de temps (quelques dizaines de minutes) : des millions de calculs à chaque pas, d'où l'usage de supercalculateurs. Les phénomènes plus petits qu'une maille (nuages, orages) ne peuvent pas être calculés directement : ils sont paramétrés, c'est-à-dire représentés par des relations simplifiées.

Valider un modèle. On vérifie qu'il reproduit le climat actuel (saisons, répartition des pluies, courants), l'évolution observée depuis 1850 et des climats passés très différents, comme le dernier maximum glaciaire, il y a environ 21 000 ans, plus froid d'environ 5 à 7 °C. Un modèle qui réussit ces tests est crédible, sans que ses projections deviennent certaines.

Attribution. Avec les seuls forçages naturels, les modèles ne reproduisent pas le réchauffement observé depuis 1950 ; en ajoutant les forçages humains, ils le reproduisent. Le GIEC en conclut que le réchauffement actuel est dû sans équivoque aux activités humaines.

Le climat du futur : scénarios et projections de température

Le réchauffement a atteint environ 1,1 °C en 2011-2020 par rapport à 1850-1900, et la concentration en CO₂ est passée d'environ 280 ppm à plus de 420 ppm.

Projections pour la fin du siècle. Selon les scénarios, les modèles s'accordent sur un réchauffement moyen compris entre 1,5 °C et 5 °C environ en 2100 par rapport à l'ère préindustrielle. Le 6^e rapport du GIEC (2021) donne les valeurs médianes ci-dessous pour 2081-2100.

Ce que montrent les projections.
• Jusque vers 2040, les scénarios donnent des réchauffements proches : une partie du réchauffement est déjà engagée par les émissions passées. Ensuite, les courbes divergent : le climat de la fin du siècle dépend des émissions à venir.
• Le réchauffement n'est pas uniforme : les continents se réchauffent plus que les océans, et l'Arctique au moins deux fois plus vite que la moyenne mondiale.
• Inertie : si les émissions nettes de CO₂ devenaient nulles, la température se stabiliserait à peu près, sans redescendre avant des siècles, car le CO₂ déjà émis reste longtemps dans l'atmosphère.

Sensibilité climatique d'équilibre : réchauffement final obtenu lorsque la concentration en CO₂ double puis reste stable. Meilleure estimation : environ 3 °C. Son incertitude vient surtout de la réponse des nuages.

Le niveau de la mer et les autres conséquences

Niveau moyen des mers. Il a monté d'environ 20 cm entre 1901 et 2018 et monte aujourd'hui de près de 4 mm par an, un rythme qui s'accélère. Deux causes :
• la dilatation thermique : l'eau de mer qui se réchauffe occupe un volume plus grand ; pour une couche d'épaisseur

h

réchauffée de

Δ T

Δ h = α \times h \times Δ T

(

α

: coefficient de dilatation thermique, de l'ordre de

10^{- 4}

°C⁻¹) ;
• la fonte des glaces continentales (glaciers de montagne, calottes du Groenland et de l'Antarctique), qui ajoute à l'océan de l'eau qui n'y était pas.

La banquise ne compte pas. La banquise et les plateformes de glace flottent déjà : d'après la poussée d'Archimède, elles déplacent une masse d'eau égale à leur propre masse. Leur fonte ne modifie donc quasiment pas le niveau des mers.

Projections pour 2100 (par rapport à 1995-2014) : environ 0,3 à 0,6 m pour un scénario à faibles émissions, 0,6 à 1 m pour un scénario à fortes émissions, davantage si les calottes antarctiques se déstabilisaient. La hausse se poursuivra pendant des siècles, quel que soit le scénario.

Conséquence	Origine
Précipitations redistribuées : pluies intenses plus fréquentes, sécheresses aggravées dans certaines régions	L'air plus chaud contient plus de vapeur d'eau (environ 7 % de plus par °C)
Vagues de chaleur plus fréquentes et plus intenses	Décalage de toute la distribution des températures
Acidification des océans	Dissolution d'une partie du CO₂ émis dans l'eau de mer
Recul de la banquise arctique, des glaciers, du pergélisol	Réchauffement amplifié aux hautes latitudes
Écosystèmes : migrations d'espèces, blanchissement des coraux	Chaleur, acidification, décalage des saisons
Santé et sociétés : coups de chaleur, maladies à vecteurs, rendements agricoles, accès à l'eau	Combinaison des effets précédents

Incertitudes, atténuation et adaptation

Trois sources d'incertitude.
• le scénario : on ne sait pas quelles émissions les sociétés choisiront ;
• le modèle : certains processus, surtout les nuages, sont représentés imparfaitement, d'où des sensibilités climatiques différentes d'un modèle à l'autre ;
• la variabilité interne du climat (par exemple El Niño), qui fait fluctuer la température d'une année à l'autre.
À court terme, la variabilité interne et les écarts entre modèles dominent ; à la fin du siècle, c'est le choix du scénario qui pèse le plus.

Incertitude ne veut pas dire ignorance. Tous les modèles projettent un réchauffement, une montée des mers et une intensification des extrêmes ; ils divergent sur l'ampleur, pas sur le sens. La principale incertitude restante dépend de nous : les émissions.

Répondre au changement climatique. L'accord de Paris (2015) vise à contenir le réchauffement nettement en dessous de 2 °C et à poursuivre l'effort vers 1,5 °C. Comme le réchauffement suit les émissions cumulées, stabiliser la température impose d'atteindre la neutralité carbone (émissions nettes nulles). Atténuation et adaptation sont complémentaires : l'atténuation limite l'ampleur du changement, l'adaptation gère la part devenue inévitable.

Méthodes

Méthode 1 — Calculer l'élévation due à la dilatation thermique

Relever $α$ (en °C⁻¹ ou K⁻¹), l'épaisseur $h$ de la couche en mètres et son réchauffement $Δ T$ .
Justifier la formule : $Δ V = α V Δ T$ avec $V = S \times h$ et $S$ constante (l'océan est bordé par les côtes), donc $S Δ h = α S h Δ T$ , soit $Δ h = α h Δ T$ .
Calculer, puis convertir le résultat en cm ou en mm.
Commenter : ordre de grandeur et hypothèses ( $α$ et $Δ T$ supposés uniformes).

Exemple rédigé. Une couche de 700 m se réchauffe de 0,3 °C, avec

α = 2, 1 \times 10^{- 4}

°C⁻¹. Alors

Δ h = 2, 1 \times 10^{- 4} \times 700 \times 0, 3 = 0, 0441

m : l'élévation est d'environ 4,4 cm.

Méthode 2 — Calculer l'élévation due à la fonte d'une glace continentale

Vérifier que la glace repose sur un continent (sinon, contribution quasi nulle).
Convertir le volume de glace en volume d'eau liquide, la masse se conservant : $V_{e a u} = V_{g l a c e} \times \frac{ρ_{g l a c e}}{ρ_{e a u}}$ .
Répartir ce volume sur la surface des océans : $Δ h = \frac{V_{e a u}}{S_{o c é a n s}}$ .
Garder des unités cohérentes (km³ divisé par km² donne des km), puis convertir.

Exemple rédigé. Des glaciers de 5 000 km³ fondent (

ρ_{g l a c e} = 917

kg·m⁻³,

ρ_{e a u} = 1 000

kg·m⁻³,

S_{o c é a n s} = 3, 61 \times 10^{8}

km²).

V_{e a u} = 5 000 \times 0, 917 = 4 585

km³, puis

Δ h = \frac{4 585}{3, 61 \times 10^{8}} \approx 1, 27 \times 10^{- 5}

km, soit environ 1,3 cm.

Méthode 3 — Utiliser la proportionnalité entre réchauffement et émissions cumulées

Écrire $Δ T = k \times E$ ( $E$ : émissions cumulées, $k$ : réchauffement par Gt de CO₂).
Calculer le réchauffement encore « disponible » : objectif moins réchauffement déjà atteint.
En déduire le budget carbone restant : $E = \frac{Δ T}{k}$ .
Diviser par les émissions annuelles pour obtenir une durée, puis conclure avec prudence.

Exemple rédigé. Avec

k = 0, 45

°C pour 1 000 Gt, un réchauffement atteint de 1,2 °C et un objectif de 1,5 °C, il reste 0,3 °C. Budget :

\frac{0, 3}{0, 45} \times 1 000 \approx 667

Gt de CO₂. À 40 Gt par an, il est épuisé en

\frac{667}{40} \approx

17 ans. Le GIEC retient un budget plus faible, car le méthane et les autres gaz réchauffent aussi.

Méthode 4 — Exploiter un document de projections

Identifier la grandeur, l'horizon, la période de référence et le scénario.
Distinguer la valeur médiane de la fourchette (probable ou très probable).
Comparer l'écart entre scénarios à la dispersion entre modèles pour un même scénario.
Conclure de façon conditionnelle : « si les émissions suivent… ».

Exemple rédigé. Pour 2081-2100, SSP2-4.5 donne une médiane de 2,7 °C (fourchette très probable : 2,1 à 3,5 °C) et SSP5-8.5 une médiane de 4,4 °C. L'écart entre ces médianes, 1,7 °C, dépasse la largeur de la fourchette de SSP2-4.5 (1,4 °C) : à cet horizon, le choix des émissions compte davantage que les différences entre modèles.

Pièges et erreurs classiques

Confondre banquise et calotte. Seules les glaces posées sur un continent font monter la mer en fondant ; la banquise flotte déjà.

Confondre projection et prévision, météo et climat. Une projection dépend d'un scénario ; un hiver froid isolé ne contredit pas une tendance établie sur 30 ans.

Croire que la température redescend si l'on cesse d'émettre. Elle se stabilise à peu près ; le niveau de la mer, lui, continue de monter pendant des siècles.

Croire qu'émettre moins suffit à stabiliser. Tant que les émissions nettes sont positives, les émissions cumulées augmentent, donc la température aussi, seulement plus lentement.

Lire « +2 °C » comme « +2 °C partout ». C'est une moyenne mondiale : bien plus sur les continents et en Arctique, moins sur l'océan.

Oublier la période de référence. Un réchauffement donné par rapport à 1850-1900 n'est pas un réchauffement par rapport à aujourd'hui.

Mélanger les unités. Dans

Δ h = α h Δ T

Δ h

a l'unité de

h

; avec des km³ et des km², le quotient est en km.

En bref

Un modèle climatique = lois physiques mises en équations + résolution numérique sur un maillage ; il est évalué sur le climat actuel et sur des climats passés.
Une projection dépend d'un scénario d'émissions : +1,5 °C à +5 °C environ en 2100 selon les scénarios.
Le réchauffement est à peu près proportionnel aux émissions cumulées de CO₂ : le stabiliser impose la neutralité carbone, et il ne redescend pas ensuite.
Le niveau des mers monte par dilatation thermique ( $Δ h = α h Δ T$ ) et par fonte des glaces continentales, pas par fonte de la banquise ; la hausse durera des siècles.
Incertitudes : scénario, modèles, variabilité interne ; à long terme, le scénario domine.
Atténuation (agir sur les causes) et adaptation (limiter les dégâts) sont complémentaires.

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