Sur le feedbak climat-carbone (3)

Pour faire suite, d'une certaine façon, à la dernière partie du post précédent, revenons une nouvelle fois sur le feedback-climat carbone...

Ce feedback correspond donc au fait que les puits de carbone (biosphère continentale et océan), qui piègent aujourd'hui environ la moitié du CO2 émis par l'homme, vont peu à peu se réduire, voir se transformer en source de C, sous l'action du réchauffement climatique - ce qui augmente donc d'autant, à trajectoire d'émissions donnée, la teneur en CO2 atmosphérique et le réchauffement climatique associé.

Le couplage du climat et du cycle du carbone pose donc un certain problème: en effet pour passer des scénarios d'émissons de CO2, à ceux de concentrations atmosphériques (qui sont alors utilisés dans un modèle de climat) , il faut savoir comment se comporteront à l'avenir le cycle du C (et notamment les puits) - et donc en fait il faut déjà connaitre le changement climatique qu'on cherche précisément à modéliser !

Cette quadrature du cercle est en fait résolue, dans la pratique (simulations IPCC), par un "découplage": un modèle simplifié de cycle du carbone, à qui l'on fournit en entrée un scénario d'émissions et un changement climatique "au premier ordre", fournit en sortie une trajectoire de concentrations (évidemment, avec des incertitudes associées)- qui peut alors être utilisé en entrée d'un modèle de climat.
La comparaison avec des modèles plus sophistiqués couplant de façon intégrée le climat et le cycle de carbone, montre que cette façon de faire, simplifiée, est plutôt dans le milieu de la fourchette d'incertitude définie par ces modèles (courbe noire contre courbes rouges - il s'agit de l'évolution du CO2 atmosphérique pour un scénario d'émissions A2; en bas, c'est le réchauffement associé: il y a plusieurs courbes noires car il y a plusieurs modèles utilisant la courbe en noir des concentrations du premier graph)

Ce qui est, quelque part, rassurant - ou au choix, pose aussi la question de savoir pourquoi on s'embête à faire des modèles plus compliqués... En effet, tant que cette fourchette totale, dérivées des différents modèles, reste aussi large, l'information délivrée par ces modèles sera assez peu utile. La question qu'on peut donc se poser dans un pareil cas (de façon un peu analogue au problème de la sensibilité climatique dérivée des modèles, par exemple) est: peut-on contraindre cette estimation, par exemple à l'aide d'observations actuelle ou passée et réduire l'incertitude ?

C'est l'objet d'un article de Peter Cox et Chris Jones dans un Science d'il y a quelques semaines. Partant du constat résumé ci-dessus, ils croisent les données issues de 3 sources différentes: la variabilité interannuelle du taux de croissance du CO2, le 20ème siècle, et le Petit Age Glaciaire (Pag), pour essayer de contraindre un peu mieux le feedback climat-carbone. Il y a en fait deux éléments qu'on peut séparer dans ce feedback, et tenter de contraindre: la sensibilité des stocks de carbone (en regroupant oceanique et biosphèrique) au CO2 atmosphérique, en GtC/ppmv; celle-ci est positive, autrement dit davantage de C est stocké quand la concentration atmosphérique augmente; et la sensibilité des stocks à la T° globale, en GtC/K, négative car un réchauffement se traduit par un déstockage de carbone.

[MAJ 25/11: peut-être n'est-ce pas assez clair en fait: l'hypothèse de base, jamais explicitement écrite dans le papier de Cox&Jones, est d' écrire

dC = E - (beta*dC + gamma*dT)

où dC est la variation de concentration de CO2, dT celle de T°, E les émissions de CO2, et beta et gamma deux coefficients correspondants respectivement aux deux éléments mentionnés ci-dessus, à savoir fertilisation CO2 et effet température).

On peut d'ailleurs peut-être aussi vouloir ajouter un 3ème terme d'interaction,  alpha*(dC, dT)... ]

En premier lieu, si l'on se tourne vers le 20ème siècle, on a à la foi une augmentation quasi-continue de la T° et du CO2, ce qui fait que les effets sont difficiles à séparer: on peut toutefois en dériver une combinaisons de sensbilités (au CO2 et T°) compatible avec les observations, mais à laquelle se transmet l'incertitude sur les émissions nettes anthropiques (particulièrement celles dues à l'évolution du land-use). Ceci correspond donc à la bande brune sur le graph de gauche de la figure ci-dessous. Au passage, les modèles couplés climat-carbone sont capables de reproduire grosso modo ce 20ème siècle, mais aussi bien ceux où les deux sensibilités sont fortes que ceux où les deux sensibilités sont faibles (les points blancs): on n'est donc pas trop avancé ( car les résultats au bout du 21eme siècle de ces différents modèles divergent assez largement)...
En second lieu, en terme de variabilité interannuelle on observe aussi que, autour d'une tendance générale à la hausse le taux de croissance annuel du CO2 dans l'atmosphère est plus élevé, en général, lors d'anomalies de T° globale positive (typiquement les années El nino): cela permet de dériver une seconde contrainte sur la sensibilité du CO2 à la T°, mais une contrainte assez large (comme elle ne concerne que la sensibilité à la T°, elle est "horizontale", cf graph de gauche encore une fois).

Enfin, plus intéressant, les auteurs se tournent vers les données paléo. Il s'agit de trouver une période où le CO2 a varié à la suite de la T°: évidemment on pense tout de suite aux transitions glaciaires interglaciaires, où on observe de larges covariations du CO2 et de la T° (cf courbes de Vostok et autres). Néanmoins ces variations se produisent plutôt à l'échelle du millier d'années, et font donc probablement appel à des processus qui n'interviendront pas à l'échelle temporelle qui nous concerne pour le RC actuel, c'est-à-dire d'ici la fin du siècle. Cox et Jones préfèrent donc se tourner - et c'est là que le lien se fait avec le travail de Reick et al - vers le PAG, pour lequel on observe en effet, sur quelques décennies, des variations de CO2 qui suivent des variations de T° (graph du milieu).
Bien que ce soit des variations de petites amplitudes, et entachées d'incertitudes (de combien s'est réellement refroidi la Terre, en global, pendant le PAG ?), ils en dérivent une troisième contrainte sur le feedback climat-carbone: la zone en bleue sur le 3eme graph. Il faut voir que c'est une estimation plutôt a minima dans le sens où 1) ils utilisent la reconstruction de T° de Moberg, qui tend à montrer des amplitudes plus grandes que les autres reconstructions (cela réduit donc d'autant la sensibilité qu'on en déduit pour le CO2), et 2) ils considèrent que les émissions dues au land-use à cette époque sont négligeables (idem).
Sur ce dernier point, on comprend bien en effet, que des émissions significatives "supplémentaires" exigeraient alors une sensibilité du cycle du carbone à la T° globale encore supérieure: c'est précisément ce qu'argumentent Reick et al et dont je parlais dans le post précédent - mais Cox et Jones estiment, eux, que le lag CO2/T° d'environ 50 ans au niveau du PAG plaide plutôt en faveur d'émissions anthropiques négligeables. Quoiqu'il en soit, cette dernière contrainte permet de définir une zone "la plus probable" en terme de force du feedback climat-carbone, qui se situe plutôt dans le haut de la fourchette (zone violette). En particulier seul le modèle CC avec le plus fort feedback semble répondre à ces critères.



Cox et Jones concluent donc, à la lumière de ces différentes analyses, que le feedback climat-carbone risque bien d'être un peu plus important que prévu...