Climat : l’incroyable saga des températures (1)

Comment s’y prend-on pour calculer une « température moyenne » ? Vous allez être surpris. Premier épisode d’une étonnante saga.

Par Michel Negynas.

22 AOÛT 2019

La canicule de ces derniers jours a mis en avant un paramètre météorologique : la température. Conjointement à la montée des eaux, elle est devenue le totem emblématique qui nous annonce notre mort prochaine. Or, il est important de savoir de quoi on parle, en toute déconnection de l’hystérie ambiante. 

Cet article fait partie d’une série qui tente de faire le point sur l’extraordinaire saga des courbes de températures mondiales, avec batailles de chiffres, divulgation de fichiers personnels, actions en justice, et rebondissements en tout genre. Aucun auteur de roman, policier ou de science-fiction, n’aurait osé publier un récit d’une telle extravagance. 

LE CHOIX D’UN INDICATEUR

Qu’est ce que le (ou les) climat(s) ?

- Le climat des géophysiciens est la description des facteurs influençant la vie et la formation des éléments minéraux à la surface de la Terre pour une période géologique donnée : température, hygrométrie, glaciation, gaz de l’atmosphère… Il est global, et l’échelle de temps est de l’ordre de la centaine de milliers d’années, 10 000 ans au minimum (date approximative de notre dernière sortie de glaciation). 

- Le climat des météorologues est essentiellement local, (tempéré, tropical, océanique…) et l’échelle de temps est de 5 jours pour des prévisions fiables, la saison pour des prévisions à moyen terme. 

- Le climat au sens du « réchauffement climatique » est une notion nouvelle et assez étrange : il est global, avec une échelle de temps de 30 ans minimum, mais dans la pratique, l’hystérie médiatique qui s’en est emparée oblige à un suivi sur quelques années, ce qui est un non-sens. Notons d’ailleurs que cette notion de climat global à moyen terme ne permet pas des mesures d’adaptation, qui sont par nature locales. Malheureusement, les modèles prédictifs du climat sont encore loin d’atteindre une échelle locale, pour autant qu’ils réussissent sur un plan global, ce qui n’est pas démontré encore maintenant. Or, les climats régionaux sont définis par des températures mini et maxi, par l’hygrométrie, par les précipitations, et par les roses des vents, et ceci pour chacune des saisons. C’est compliqué.

Pour sensibiliser le grand public au réchauffement climatique, et faire des prévisions compréhensibles par lui, il a fallu trouver un indicateur « médiatique ». On a choisi de calculer des « anomalies » (différences) de température par rapport à une période de référence. Pour chaque mois, on calcule en tout point de mesure cette anomalie par rapport à la moyenne des mêmes mois de la période de référence. On fait la moyenne de tous les points de mesure (plusieurs milliers) dans le monde. Mois après mois, cela donne les courbes qui génèrent en ce moment les commentaires « mois le plus chaud… année la plus chaude…) ce qui n’est guère étonnant, puisque nous sommes sans doute en période de réchauffement depuis le XVIIe siècle. Il va sans dire que c’est bien insuffisant pour caractériser un climat, surtout à l’échelle régionale. Mais comment sensibiliser le monde à partir de résultats hétérogènes et complexes ? Une analyse détaillée des données montre par exemple que si deux tiers des sites montrent un réchauffement, un tiers montre un refroidissement. 

Pour les physiciens à cheval sur les principes, faire des moyennes de températures prélevées à des endroits différents du globe n’a pas de sens physique. En termes savant, on dit que la température est une variable intensive, propre à un système donné homogène. Or, l’atmosphère terrestre est tout sauf un système homogène…Cela n’a pas de sens d’additionner, soustraire ou moyenner des températures relevées sur l’ensemble de la planète. Une illustration de l’évidence que cet indicateur n’a pas d’utilité pratique est de comparer la température moyenne annuelle de New York et Bordeaux : c’est la même, 12,7 degrés… Pourquoi donc, alors que les climats sont si différents, le réchauffement serait le même, au même rythme, et identique au réchauffement mondial, dans les deux cas ?  

Ce qu’on pourrait ajouter ou moyenner, ce serait, par exemple une quantité de chaleur, calculée à partir de paramètres incluant la température, la densité de l’air ambiant, son hygrométrie…

Le terme anomalie est déjà évidemment porteur d’angoisse. Mais en quoi nos températures actuelles seraient des anomalies ? Les périodes de référence seraient les meilleures températures pour nous, les humains ? Or les périodes de référence varient selon les principaux organises chargés de calculer l’anomalie !

Mais admettons que cet indicateur, tout en étant étranger à de la vraie science, soit tout de même utile comme symbole emblématique. Sait-on le mesurer ?

SAIT-ON MESURER L’ANOMALIE DE TEMPÉRATURE ACTUELLEMENT

Quelle est l’origine des mesures ? Il existe deux types de mesure : via des mesures au sol et en mer, ou via des mesures radiométriques par satellites. Les deux ont des avantages et des inconvénients. 

— Les mesures au sol : elles sont réalisées à partir des réseaux de thermomètres, autrefois à alcool, maintenant électroniques, abrités dans une cabane caractéristique de forme normalisée, ou abri Stevenson, et peinte en blanc. Tout ceci n’a l’air de rien mais c’est capital, car ce qu’on mesure, c’est une température de l’air autour du thermomètre ; on doit donc éliminer toute cause de distorsion, comme le vent ou l’action directe du Soleil. À titre d’exemple, lorsqu’on est passé d’un enduit à la chaux à des peintures synthétiques pour les abris des thermomètres, cela a pu faire dériver de quelques dixièmes de degrés. Or, il faut se rappeler que l’ensemble du réchauffement depuis 1850 est estimé à environ un degré ! 

Des tests de qualité de la mesure ont été faits aux USA pour les mesures terrestres ; c’est l’opération de science citoyenne d’Antony Watts, météorologue qui tient un site dédié au climat depuis très longtemps. Le travail collectif ainsi réalisé est d’une très grande rigueur. L’incertitude de mesure estimée pour chaque station est de l’ordre au mieux de un degré, et elle voisine le plus souvent deux degrés. La théorie de la mesure enseigne que l’on améliore la précision en moyennant des milliers de mesures, ce qui permet aux climatologues d’afficher des centièmes de degrés… Mais la théorie s’applique à des mesures multipliées sur le même site au même moment, alors qu’ici on l’applique sur des milliers de sites et à des moments différents. De toute façon, les media ne montrent jamais les incertitudes… 

En fait, ces stations météos ont été établies souvent sur les aérodromes. La précision pour cela était bien suffisante. Mais sont-elles adaptées à une collecte scientifique ? 

Enfin, il y a une grande dispersion du nombre de mesures ; 80 % sont faites dans des pays développés, surtout aux USA. Pratiquement rien en Afrique, où une station couvre parfois un carré de 500 km de coté… et quasiment rien en Arctique et Antarctique. Alors, on fait des interpolations… 66 % des mesures seraient en fait des estimations plus que des mesures d’après John Goetz.

Mais c’est encore pire à la surface de la mer qui représente 70 % de la surface de la planète ! 

Il est impossible de mesurer dans l’air, à 1,5 mètres, comme sur Terre à cause du vent, des vagues, des embruns… On a donc supposé que les anomalies dans l’air étaient identiques aux anomalies dans l’eau à un ou quelques mètres de profondeur. Pendant longtemps, on prélevait de l’eau avec un récipient et on mesurait à bord. Une première dérive a été identifiée, passer du baquet en bois au baquet en métal. Une deuxième, quand on a mesuré à l’entrée du circuit de refroidissement des moteurs. Enfin, depuis une dizaine d’années, on a largué des milliers de bouées dérivantes pour mesurer in situ, à un mètre, mais aussi à différentes profondeurs. Ces bouées mesurent d’ailleurs d’autres paramètres, comme le Ph et la salinité, ce qui fait qu’on commence seulement à comprendre les énormes et très lents déplacements de chaleur qui se produisent au sein des océans, horizontalement et verticalement et qui sont probablement un facteur important des changements climatiques à l’échelle du siècle. En réalité, pendant longtemps, et même encore en partie, la température moyenne des océans est largement estimée ; ce qui est fâcheux, sachant leur surface représente 70 % de la surface de la Terre. 

— Les mesures par satellites : depuis 1979, des satellites mesurent des températures dans l’atmosphère à différentes altitudes ; on valide comme on peut ces mesures en les comparant à celles de ballons-sondes. On peut à peu près comparer les tendances des mesures de la basse atmosphère et des mesures de surface. Évidemment, par balayage, la couverture des satellites est bien meilleure (sauf aux pôles) et les mesures ne souffrent pas de changements de lieux de mesure, ou de méthode de mesure. Les satellites sont calibrés en interne. Le gros problème est la dérive de l’orbite, qu’il faut compenser avec une extrême précision.

QUI MESURE ET COMPILE ?

Quatre organismes principaux publient des températures mondiales. 

- Le GISS  (Goddart Institute for Space Studies) qui dépend de la NASA. Ses données soi-disant brutes proviennent d’autres organismes, collecteurs de mesures météo, dont la NOAA, organisme américain (National Ocean and Atmosphere Administration). 

- Le Hadley Center, organisme anglais dépendant plus ou moins directement de l’office météo national. Ses données proviennent également de différentes sources, dont celle de l’Université de l’East Anglia en Angleterre. Ses méthodes diffèrent sensiblement de celles du GISS mais une grande partie des données initiales proviennent des mêmes sources que pour le GISS. 

- Le RSS, Remote sensing system, une société privée reliée à NASA et NOAA qui exploite des données de différents satellites, en particulier ceux de la NOAA. 

- UAH (Université de l’Alabama), qui héberge un ancien chercheur de la NASA, Roy Spencer, ayant lui aussi développé des programmes d’interprétation de mesures satellites. C’est le seul organisme n’ayant aucun lien avec la NASA ou NOAA.

Chacun peut suivre l’évolution des anomalies ; un ingénieur, Paul Clark, a créé un site ouvert au public permettant d’afficher les anomalies des quatre organismes  « normalisées » entre elles (en valeur absolue, elles sont différentes, car elles ne prennent pas les mêmes périodes de référence). C’est wood for trees. Le site permet en outre de calculer différents ratios à partir des données.

Pour les mesures au sol, voilà la couverture actuelle : (source : NASA)

Il y a 1541 stations actives, mais on voit bien que certaines régions, d’une surface considérable, sont peu documentées : les régions polaires, l’Afrique, l’Amazonie, et bien entendu les océans.

Si on regarde plus en détail, on peut se demander comment est-il possible d’obtenir un chiffre significatif avec la couverture française ou espagnole !

Lorsqu’on essaye de se renseigner sur ces différents organismes, on est frappé du peu de moyens affectés à ces tâches, en général une toute petite équipe, parfois trois ou quatre personnes. Et l’ensemble du processus, depuis la collecte des données brutes jusqu’aux résultats finaux, souffre d’un manque cruel d’assurance qualité. Sauf à refaire entièrement le travail de ces organismes, les vraies données brutes sont introuvables, tant elles sont remaniées tout au long du processus.

CONCLUSION

L’humanité s’est donnée une stratégie qui conditionne son avenir pour au moins un siècle. L’objectif tient en un indicateur unique : l’anomalie de température moyennée globalement. On ne devrait pas dépasser 1,5 degré entre la période pré-industrielle et l’objectif.

Cet indicateur n’a aucun sens physique, et n’est pas représentatif pour susciter des réactions aux changements climatiques, par nature régionaux. L’examen de ses  modes d’obtention montre de graves lacunes sur le plan méthodologique, car une bonne partie des données sont issues de modélisation, voire de simples interpolations, et la traçabilité des vraies données brutes n’est pas assurée. On pourrait attendre mieux, et davantage de moyens, compte tenu de l’enjeu !     

Et si l’on veut retracer l’évolution de l’indicateur sur un passé plus lointain, comment s’affranchit-on des évolutions des méthodes de mesure, des changements de lieu, des évolutions de l’environnement sur un même lieu ? Nous verrons dans les prochains épisodes comment cette incroyable saga se complique, avec des coups de théâtre parfois tragicomiques.

DEMAIN : mesures du passé et homogénéisation des températures.

https://www.contrepoints.org/2019/08/22/351898-climat-lincroyable-saga-des-temperatures-1