Chaque satellite météorologique géostationnaire permet de suivre en continu environ un tiers de la surface du globe.

Les satellites météorologiques

La variabilité météorologique à court terme est très grande. Dans nos régions, elle dépasse largement les pires variations envisagées des conditions climatiques moyennes. Un grand nombre de mesures sur une longue série temporelle sera donc nécessaire pour détecter une évolution du climat et des paramètres de l’environnement qui le conditionnent. Selon la variabilité spatiale ou temporelle du phénomène à suivre, il faudra donc des mesures plus ou moins denses géographiquement et plus ou moins espacées dans le temps.
Pour tout ce qui demande un suivi quotidien à grande échelle spatiale et temporelle, le satellite est l’observatoire idéal pour autant qu’il ait des instruments capables d’aborder le phénomène étudié.

Chaque satellite météorologique géostationnaire permet de suivre environ un tiers de la surface du globe, et ce plusieurs fois par heure. Les satellites à orbite polaire permettent l’observation quotidienne de la quasi-totalité de la surface du globe. Pour des observations de phénomènes limités à une zone géographique donnée (exemple : la mousson), les satellites auront des orbites spécifiques. Outre les satellites météorologiques, des satellites dédiés à l’observation de l’environnement et au suivi d’acteurs du climat (nuages, rayonnement solaire et tellurique, aérosols, gaz à effet de serre…) ont été lancés pour la communauté scientifique.

Si beaucoup de données météorologiques peuvent être mesurées par satellite, il se pose néanmoins le problème de la répartition verticale, qui ne peut être résolue que pour un nombre limité de paramètres.

Le satellite, un observatoire idéal pour un suivi quotidien à grande échelle, spatiale et temporelle. Ici le Global Precipitation Measurement. © Nasa

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Le Marion Dufresnes au large de l’île de la Possession, lors de la campagne océanographique Indien Sud. © A.Mazaud/CEA

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Des analyses au sol sont un complément indispensable aux mesures par satellites, ici sur l'île Amsterdam. © CEA/Sciare

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Un réchauffement maximum pourrait provoquer un dégel massif. © Photodisc

En outre, le satellite ne peut pas enregistrer un grand nombre de paramètres avec une grande résolution spatiale, sous peine de saturer les transmissions de données et les traitements. Enfin, le satellite est inaccessible une fois lancé, et son bon fonctionnement doit être vérifié et rectifié grâce à des mesures au sol. Celles-ci sont donc un complément indispensable aux mesures par satellite.
Le suivi à long terme et grande fréquence se fera grâce à des stations automatiques judicieusement réparties sur la surface du globe pour assurer une bonne couverture et éviter que le signal recherché ne soit perturbé.
Citons les stations météorologiques, les bouées automatiques, les stations de suivi de la composition de l’atmosphère, les spectromètres automatiques… En outre, les météorologues font des mesures quotidiennes par ballons sondes pour avoir la répartition verticale de paramètres météorologiques.
À titre indicatif, l’Organisation météorologique mondiale gérait en 2013 quelques 11 000 stations à terre, 4 000 stations embarquées sur des navires, 1 200 bouées dérivantes en mer, plus de 1 300 radiosondes attachées à des ballons-sondes, 3 000 stations à bord d’avions, 3 satellites placés sur des orbites polaires et 6 sur des orbites géostationnaires.

Pour une connaissance fine limitée géographiquement, des programmes de mesures récurrentes existent, qui peuvent utiliser des transports existants : les mesures de température de la mer sont effectuées quotidiennement par nombre de bateaux marchands, tandis que des mesures atmosphériques sont installées à bord d’avions de ligne.
Enfin, l’étude de phénomènes particuliers peut donner lieu à des campagnes multiinstrumentées, dont les plus importantes se font à l’échelle internationale.

Citons par exemple la campagne AMMA qui a étudié la mousson africaine et dont la plupart des observations a eu lieu en 2005. Autre exemple de campagne dédiée au climat : le projet CHARMEX (Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment) démarré en 2010. Il a pour but d’observer et de comprendre la dynamique atmosphérique et climatique du bassin méditerranéen, pour prédire l’habitabilité de la région à l’échelle du prochain siècle.

Le climat à venir

Les mesures effectuées directement dans l’atmosphère le montrent, la concentration des gaz à effet de serre a augmenté dans l’atmosphère à une vitesse jamais atteinte dans l’histoire géologique de la Terre et à des niveaux sans précédent au cours du dernier million d’années.
Des modifications du climat et de l’environnement ont été clairement observées depuis le XX^e siècle :

• la température moyenne a augmenté de 0,75 °C, cette augmentation étant plus forte la nuit que le jour. La diminution de l’écart jour/nuit va dans le sens de ce que produirait une augmentation de l’effet de serre;
• le niveau de la mer s’est élevé de 15 cm ;
• le volume de la banquise a diminué de 50 % au cours des 35 dernières années.

Compte tenu des quantités de gaz à effet de serre déjà injectées dans l’atmosphère et de l’inertie du système, on devrait s’attendre à un réchauffement du climat au cours de ce siècle même si les concentrations de ces gaz n’augmentaient plus. Mais même les plus optimistes des estimations sur l’évolution de la société mondiale et de son comportement prévoient encore une forte augmentation de cette concentration.

Pour estimer comment évoluera le climat au cours du XXI^esiècle et au-delà, il n’est pas possible de simplement extrapoler à partir des climats passés : on ne connaît pas d’analogue dont les caractéristiques astronomiques et environnementales soient suffisamment proches de l’actuel. Il est donc nécessaire de faire appel à la modélisation.
Comme on l’a vu, la modélisation du climat est imparfaite : la machine climatique est complexe, les phénomènes en jeu sont souvent encore mal connus et difficiles à modéliser de façon réaliste. Même si la recherche avance et que des progrès sont faits chaque année, l’inévitable limitation des ressources de calcul oblige à des approches simplificatrices, qui ne prennent pas en compte la finesse de certains phénomènes. Chaque modèle cherche à apporter ses propres solutions à ces divers écueils. Il en résulte des disparités de résultats que les climatologues investiguent dans de grands programmes internationaux d’inter-comparaison.

Un certain nombre de résultats sont robustes et se retrouvent avec tous les modèles. Ainsi, il est certain que le réchauffement sera maximal aux hautes latitudes, comme on l’observe déjà dans l’Arctique, avec pour conséquence vraisemblable le dégel massif du pergélisol et le dégazage du méthane qu’il séquestre. Au niveau pluviométrie, le Bassin méditerranéen est globalement menacé d’une aridification accrue.

Mais l’ampleur des phénomènes et leur répartition géographique dépendront beaucoup de la façon dont l’humanité gérera l’accumulation des gaz à effet de serre. Les simulations des climats du futur font donc nécessairement appel à des scénarios de développement socio-économiques de la société et de ses émissions de ces gaz. Les impacts environnementaux des changements climatiques à venir donnent lieu à des prédictions souvent pessimistes. Toutefois, faute d’une connaissance suffisante des rétroactions du système, il est difficile aujourd’hui de prédire l’importance et la fréquence des événements effectivement susceptibles de se produire.

La prise de conscience des conséquences possibles des perturbations que l’homme apporte à l’environnement global a suscité un énorme effort de recherche au cours des dernières décennies. Elle a considérablement fait progresser notre connaissance et nos capacités à modéliser le climat, en particulier grâce à l’étude des climats du passé. Mais notre compréhension des mécanismes d’évolution ou de stabilisation du climat, qui ont modelé son histoire, est encore très partielle et doit être approfondie pour permettre une prévision fiable de ses évolutions et particulièrement de ses extrêmes, dont l’impact sociétal peut être majeur.