 2) Les méthodes d'obervation du climat passé Quels sont les moyens dont on dispose pour étudier le climat dans le temps ? Nous connaissons évidemment les moyens d'observations et de prévisions du climat actuel, à savoir satellites et autres instruments de mesures, comme le baromètre, à plus court terme. Néanmoins, il est beaucoup plus compliqué d'observer le climat de millions d'années passés, ou d'envisager le climat d'années futures. Pour ce faire les chercheurs ont mis au point deux types de moyens d'observations, qui sont à ce jour les seuls encore utilisés et fiables dans la mesure du possible. a) Le Forage Pour les climats récents, les chercheurs effectuent des observations dans des carottes sédimentaires. Les sédiments du fond des océans, comme les sédiments lacustres, enregistrent l'état de la végétation ou de la biosphère d'une époque précise et permettent de remonter à des informations sur la température et donc le climat. Les calottes glaciaires, archives du passé Pour les climats plus anciens en revanche, il faut faire appel à des forages beaucoup plus profond, non pas dans l'océan mais dans les calottes polaires des Pôles Nord et Sud. A ce jour les techniques de forage ont permis l'observation d'un climat datant de plus de 400 000 ans. Mais chaque nouvelle étude de carottes glaciaires nous en apprend un peu plus sur le climat de nos ancêtres. Les calottes polaires du Groenland et de l'Antarctique constituent la majeure partie de la cryosphère et représentent plus de 90 % du volume d'eau douce de la planète. Les calottes sont les points froids de la Terre et interagissent avec le climat global. Elles peuvent devenir instables ou disparaître en moins de 10 000 ans. - L'analyse des couches de neige nous informe des conditions de formations des précipitations. - L'étude des gaz emprisonnés dans les bulles donne la composition de l'atmosphère ancienne. - La géochimie des poussières minérales permet de remonter aux régions désertiques qui les a émises ou aux volcans qui ont explosés. Les calottes glaciaires sont donc de formidables conservatoires d'archives. Les carottages dans la glace révèlent des enregistrements continus de l'environnement passé au cours des derniers cycles climatiques. Stries d'une carotte glaciaire
 L'analyse des carottes glaciaires permet de reconstituer les variations climatiques. Chaque strie de la carotte représente une année. On a ainsi découvert que depuis 10 000 ans, le climat est particulièrement stable.  Dans les calottes polaires se piègent, au fur et à mesure de la transformation de la neige en glace, des petites bulles d'air que l'on peut analyser quand on fait un échantillonnage de carottes. Sur la coupe représentée, on voit en noir les petites bulles d'air piégées à l'intérieur de la glace. On sait dater approximativement cette neige et donc mesurer la quantité d'air et sa composition à une époque donnée, remonter à la nature de cet air et à la température de l'époque. Techniques de Forage Les techniques de forages dans la glace permettent de réaliser des coupes continues du glacier par adjonctions. Les carottiers modernes (tel le carottier russe électromécanique utilisé récemment à Vostok), sont des ensembles tubulaires d'une dizaine de mètres de longueur comprenant une tête de forage, un tube carottier avec sa motorisation ainsi que les instruments de contrôle. L'ensemble est attaché au bout d'un câble électroporteur de 3 ou 4 km enroulé sur un treuil puissant. La tête de forage découpe par rotation un cylindre de glace de 10 cm de diamètre. Les copeaux produits sont envoyés par pompage dans un compartiment séparé. Une carotte est forée tous les 3 m. Le trou de forage est rempli d'un fluide à base de kérosène, qui évite au trou de se refermer. Il ne faut pas moins de 60 tonnes de fluide pour remplir un trou de 3000 m de profondeur, ce qui représente de loin la plus grosse charge à transporter sur le terrain. Les carottes de glace sont étudiées sur place pour leurs propriétés physiques (cristaux, bulles, propriétés électriques,...) et échantillonnées pour les différentes mesures en laboratoire. Puis, suivant une chaîne de froid, les carottes sont acheminées jusqu'aux laboratoires où elles seront conservées en chambre froides à -23°C. Le forage de Vostok : 400 000 ans d'histoire ressurgissent à la surfaces ! L'enregistrement climatique sur les dernier 400 000 ans présent dans la carotte de Vostok est actuellement unique, entre autre par la mémoire de l'atmosphère qu'il retrace. Les grands forages dans la glace représentent des prouesses techniques et des expéditions lourdes et coûteuses. Le forage de Vostok, situé en plein centre de l'Antarctique, a eu une histoire particulière tant pour la motivation initiale du projet que par les premières découvertes scientifiques qu'il a permis de faire. En janvier 1998, après un forage d'une profondeur encore jamais atteinte (3623 m), les chercheurs ont mis au jour une carotte couvrant 4 cycles climatiques et les analyses des échantillons se poursuivent encore. Stockage des carottes de glace sur le site de Vostok :
 b) La modélisation Comme la situation climatique à venir sera probablement inconnue depuis que l'homme a démarré son existence terrestre, les seuls outils dont nous disposons actuellement pour tenter de savoir ce qui peut se passer à l'avenir sont des modèles climatiques. Néanmoins, pour comprendre les climats futurs et leurs changements, nous nous référons beaucoup à l'histoire des climats anciens et actuels. Ainsi, c'est le passé qui devient la clé du futur. Pour comprendre et envisager le climat à venir, on utilise des données factuelles sur un certains nombres de paramètres climatiques, en gros pour les deux ou trois derniers siècles, et quelques unes plus vagues pour les deux ou trois derniers millénaires (écrits historiques). En ce qui concerne l'histoire plus ancienne, nous devons nous fier aux données issues des travaux des géologues et paléontologues De plus le passé nous permet également de vérifier la fiabilité des modèles. En effet on peut faire partir le modèle non pas d'aujourd'hui, pour savoir ce qui va se passer plus tard, mais par exemple de 1860 (le moment où l'on a commencé à disposer de mesures fiables et précises de la température), pour comparer ce que dit le modèle avec ce qui a été réellement observé. On constate alors que l'évolution donnée par le modèle ressemble très fortement à ce qui s'est vraiment passé ! Preuve de sa fiabilité. Qu'est ce qu'un Modèle ? Un modèle climatique n'est autre qu'un logiciel très complexe, dont le but est de reproduire, de simuler, aussi fidèlement que possible le comportement du climat terrestre, en prenant en compte des critères variant par l'action de l'homme ou avec le temps. Il s'agit donc d'un gros programme pour ordinateur, construit de la manière suivante :
Représentation graphique des principaux paramètres exploités par les modèles climatiques:
 Ces ordinateurs permettent aux scientifiques de modéliser les interactions entre les composantes du système climatique. Pour cela on se fonde principalement sur les échanges d'énergie entre océan et atmosphère. Les modèles climatiques permettent de prévoir et d'expliquer ce qui se passe et, dans la mesure du possible de prévoir l'évolution du climat lorsque les conditions changent. Pour ce faire, les modèles climatiques doivent tenir compte du comportement des océans, de la végétation terrestre, de la cryosphère, des nuages, ainsi que des échanges d'énergie entre l'atmosphère et les profondeurs océaniques et des rejets de CO2 en fonction de l'évolution économique du monde. Mais d'autres paramètres, non moins importants, ne peuvent être pris en compte par les modèles. Par exemple ces derniers prennent rarement en considération le fait que les sols puissent geler, alors que ce paramètre est également un facteur important. Ainsi, il manque certain paramètre aux modèles pour leur assurer une fiabilité certaine, néanmoins il est difficile pour les climatologues de déterminer les connaissances manquant aux modèles. Les modélisations climatiques à grande échelle consomment d'énormes ressources informatiques et sont si coûteuses qu'on ne peut en réaliser chaque année que quelques-unes. Néanmoins, la modélisation est une discipline qui ne date pas d'hier : le premier modèle atmosphérique date de 1950, et a été testé sur les premiers ordinateurs existant. Il faut savoir qu'ils ne sont, pour l'instant, qu'aux nombres d'une quinzaine de modèles différents dans le monde. Les modèles les plus perfectionnés ne pourront jamais fournir des résultats infaillibles concernant l'avenir, cependant nous ne disposons pas de meilleur outil à ce jour. |