Les modèles climatiques sont-ils fiables ?

Skyfall, dans sa longue quête pour la vérité, enfin je veux dire pour sa vérité, nous gratifie d'un article de Judith Curry, les modèles climatiques pour les gogos, pardon, pour le profane, traduit par le dévoué (mais incompétent en matière de science climatique) Scaletrans, lequel passe son temps de retraité à transcrire dans la langue de Molière tout ce qui peut aller dans le sens de ses amis climatosceptiques ; vous ne le verrez jamais traduire un article issu d'une publication réellement scientifique validant que le CO2 anthropique est bien à l'origine du réchauffement climatique actuel.

Ce qui est vraiment cocasse c'est que Judith Curry fait partie des climatosceptiques que l'on nomme lukewarmers, c'est-à-dire qu'elle ne nie en aucune façon le rôle du CO2 anthropique dans le réchauffement climatique, elle conteste seulement que ce réchauffement soit néfaste pour nous humains et qu'il faille engager le moindre dollar dans la lutte contre la hausse des températures ; je dis que c'est cocasse parce que sur Skyfall la majorité des adeptes sont des climatosceptiques purs et durs qui contestent la réalité même de l'effet de serre qu'ils appellent ironiquement le bidulator ! Voir par exemple ici :

• 130.  phi | 8/08/2016 @ 11:37 JC (#128), [...]
  On peut démontrer que la dissociation est une violation du second principe de la thermodynamique. C’est en fait cette dissociation qu’est sensée opérer le fameux bidulator et on peut également démontrer l’impossibilité de cet appareil par l’optique.
• 131.  Murps | 9/08/2016 @ 13:12 phi (#130), les schémas KT sont des représentations graphiques du bidulator.
  Le bidulator est partout.

Au passage on rappelle, parce que c'est toujours utile de le faire, que Murps se prétend enseignant en sciences...

Mais heureusement qu'il y a notre « Tsih » pour tenter d'apporter un peu de sérieux :

• 132.  tsih | 26/08/2016 @ 13:53
  

  Le bidulator est partout.

  Eh oui !
  Et ça ne « bidule » plus guère à son sujet nulle part sauf là, dans les commentaires inénarrables de quelques derniers combattants.

Sauf que l'« ami » Tsih n'est pas toujours lucide comme en témoigne son commentaire suite à l'article de Judith Curry sur les modèles climatiques :

• 5.  tsih | 20/03/2017 @ 15:07 Ce que Curry ne dit pas hélas et qui est essentiel à mon sens et le vrai défaut mortel des modèles, c’est que le système climatique est un système complexe avec une foule de phénomènes émergents à l'oeuvre qui ne peuvent pas par essence être déduits des premiers principes de la physique
  J’ai commenté à ce sujet chez les réchauffistes. Silence de mort jusqu’ici.

Silence de mort chez realclimate à mon avis parce que tout le monde se fiche éperdument des « arguments » de Tsih aka alphagruis...


Mais un autre intervenant sur Skyfall vient mettre son grain de (gros) sel :

• 27.  Benoît | 24/03/2017 @ 18:48 volauvent (#23),
  

  C’est ça mon argument: on sait aujourd’hui que pour des raisons fondamentales aucun modèle informatique ne peut de façon générale reproduire ou prédire la plupart des propriétés ou phénomènes d’un système complexe à partir des premiers principes de la physique.

  Je veux bien vous croire, mais où peut-on trouver des éléments argumentés? Y a -t -il une théorie scientifique là dessus?

  Je fais cours, donc un peu provocant. 🙂
  La raison fondamentale est que ce qu’on appelle « les lois de la physique », dans leur expression mathématique, nécessitent, pour être « valides », que les grandeurs manipulées soient des nombres au sens mathématique, c’est-à-dire qu’elles aient une structure de groupe pour les opérations les reliant entre elles.
  Or un ordinateur ne sait manipuler que des nombres entiers dans une plage finie, ainsi que ce qu’on appelle des « nombres à virgule flottante », qui correspondent à un découpage fractal d’un segment de droite.
  Ceci a deux conséquences :
  1) La plus connue, c’est que les valeurs des grandeurs physiques qui nourrissent le modèle, en plus d’être approximatives au niveau des mesures, acquièrent une erreur relative dès l’instant où elles rentrent en mémoire. Et cette erreur s’accumule à chaque opération mathématique.
  2) La moins connue, c’est que lorsque le programmeur de modèle recopie l’expression mathématique d’une loi dans son programme, il croit que l’opération d’addition et de multiplication de son micro-processeur est comme l’addition et la multiplication de son expression mathématique. Or elles n’ont pas grand chose à voir au final, ce qui fait que la loi n’est plus valide.
  Le résultat, c’est qu’un modèle calcule un peu n’importe quoi. Et quand il calcule quelque chose d’utile, c’est plus « par chance » qu’autre chose.
  Les modèles climatiques sont similaires à ce qu’en informatique on appelle un « générateur de nombres pseudo-aléatoires », en plus complexe.
  Dit autrement, vouloir prédire le climat avec un programme informatique, c’est un peu comme vouloir modéliser l’architecture et la construction du pont de Millau en jouant à Minecraft.

On retiendra surtout « qu’un modèle calcule un peu n’importe quoi »...

Ainsi pour Tsih le système climatique est vraiment trop complexe pour pouvoir être modélisé, alors que pour Benoit ce serait, si j'ai bien compris ses explications alambiquées, une raison purement d'ordre mathématique qui empêcherait les modèles de fonctionner correctement ; pour ce dernier commentateur les modèles se comporteraient comme la machine qui sort les boules au Loto pour déterminer l'hypothétique gagnant de la semaine.

Alors pourquoi pas après tout ?

Cependant, en cherchant un peu et en faisant travailler un minimum ce qui se trouve entre nos deux oreilles et qu'on appelle communément un cerveau, on est en droit de douter des affirmations de nos deux contestataires.

Examinons d'abord un peu ce que nous dit Judith Curry.

On notera tout d'abord que Judith Curry écrit au nom de la Global Warming Policy Foundation, organisme dont wikipedia nous dit qu'il s'agit d'un :

• think tank au Royaume-Uni, dont les objectifs déclarés sont de contester les «politiques extrêmement dommageables et nuisibles» envisagées par les gouvernements pour atténuer le réchauffement climatique anthropique (think tank in the United Kingdom, whose stated aims are to challenge "extremely damaging and harmful policies" envisaged by governments to mitigate anthropogenic global warming.)

Évidemment ce n'est une preuve de rien de particulier, seulement un indice nous permettant de considérer que ce que dit Judith Curry doit être pris avec de très grandes pincettes...

Comme déjà dit au début de ce billet, Judith Curry est climatosceptique tendance lukewarming ; elle se garde bien de contester les lois de la physique et l'évidence qui montre le rôle anthropique du CO2 dans le réchauffement climatique, elle se contente de jeter le doute sur l'utilité de toutes les mesures destinées à lutter contre ce réchauffement, et elle prend un minimum de risques (pour son honorabilité et sa réputation de scientifique) en écrivant un papier qui tendrait à « prouver » que les modèles climatiques ne serviraient en fait à rien et qu'on pourrait donc utiliser l'argent à autre chose, comme par exemple à produire davantage de CO2 en consommant toujours plus de pétrole et de charbon, puisque le CO2, c'est bien connu, c'est bon pour les plantes, et en plus le réchauffement nous permet de nous rendre la vie plus agréable alors qu'autrement on aurait une diminution des températures puisque c'est bien connu, nous entrons/sommes déjà entrés/allons bientôt entrer dans un nouvel âge glaciaire !

Le plus comique (si on peut dire) c'est que Judith Curry nous dit beaucoup de bien des modèles climatiques et nous avoue qu'ils sont utilisés par beaucoup de monde, par exemple :

• Les modèles climatiques sont utiles pour conduire des recherches scientifiques sur la compréhension du système climatique.
•  Il existe plus de 20 groupes de modélisation internationaux qui contribuent aux simulations de modèles pour les Rapports d’Évaluation du GIEC.
• Tous les modèles sont imparfaits ; nous n’avons pas besoin d’un modèle parfait, juste d’un qui réponde au besoin. Les avions sont conçus à l’aide de modèles incapables de simuler un écoulement turbulent.
• Tels quels, les GCM sont un élément important de la recherche climatique.
• Les scientifiques qui développent des modèles climatiques et les utilisent sont convaincus (au moins jusqu’à un certain point) de l’utilité des modèles du climat pour leurs recherches.

On le voit, les GCM sont utilisés par de nombreux scientifiques, qui je pense ne doivent pas tous être des crétins congénitaux, ou motivés essentiellement par l'argent ou la notoriété à court terme au risque de ternir leur nom pour les générations futures ; et ils ont des limites, que les scientifiques ne cherchent pas à cacher, mais ces limites sont inhérentes à tout domaine de la recherche employant des modèles numériques.

Et Judith Curry de nous dire :

• En particulier, l’aptitude des GCM doit être évaluée pour :
  
• La compréhension des causes du changement climatique du 20e siècle.
• La simulation des états climatiques au 21e siècle selon différents scénarios d’émissions.

Je suis bien d'accord sur cette séparation entre avant et après et nous allons en discuter maintenant.

La compréhension des causes du changement climatique du 20e siècle.

 Judith Curry se pose la question :

• Qu’en est-il de la pertinence des modèles climatiques pour déterminer les causes du réchauffement climatique du 20e siècle ?

Effectivement je trouve intéressant de se demander si un modèle climatique est capable, quand on lui a donné suffisamment de paramètres, de reconstituer ce qui s'est réellement passé ; si c'est bien le cas, alors les arguties de Tshi et de Benoit sur la complexité du système climatique et sur l'incapacité des GCM d'utiliser correctement les mathématiques tombent immédiatement comme des fruits trop mûrs, pour ne pas dire pourris.

Assez étrangement Judith Curry apporte à l'appui de ses assertions des éléments fort peu convaincants.

Elle produit notamment le graphique suivant assorti de commentaires :

Figure 3. Comparaison de simulations CMIP3 et CMIP5 des anomalies de température de surface avec les observations. Figure 10.1 de l’AR5 du GIEC.

• Les simulations des modèles climatiques pour la même période sont données dans la Figure 3. Les températures globales de surface modélisées ressemblent étroitement aux températures observées pour la période 1970-2000. Cependant, les modèles climatiques ne reproduisent pas l’important réchauffement de 1910-1940, le refroidissement de 1940 à la fin des années 70 et le profil plat de température depuis le début du 21e siècle.

Commençons par « les modèles climatiques ne reproduisent pas [...] le profil plat de température depuis le début du 21e siècle. » ; ceci est en totale contradiction avec le graphique qu'elle fournit juste avant :

Figure 2 : anomalies des températures globales de surface d’après les données UK HadCRUT4

Tout le monde peut facilement remarquer que la dernière barre est très nettement au dessus des précédentes ! Et de plus cette dernière barre semble concerner l'année 2015, ou peut-être même l'année 2014, et l'on sait que 2016 a été au moins aussi chaude si ce n'est un peu plus chaude !

En fait si l'on va voir le site UK HadCRUT4 on trouve le graphique actualisé :

Non vraiment, « le profil plat de température depuis le début du 21e siècle », sans blague !

Ensuite, d'après Judith Curry « les modèles climatiques ne reproduisent pas l’important réchauffement de 1910-1940, le refroidissement de 1940 à la fin des années 70 |...] » ; il est certain qu'il n'y a pas parfaite similitude entre les températures « observées » et celles « modélisées », cependant elle ne parle pas de la parfaite adéquation pour la période 1960-1965 où les trois courbes plongent ensemble en parfaire harmonie, ainsi qu'en 1990... Et pour 1910-1940 ne peut-on pas considérer que si les courbes ne se superposent pas c'est peut-être parce que pour cette période les données sont incomplètes ou douteuses et ne permettent pas aux modèles de fonctionner correctement ? Ensuite pour 1940 et après, il me semble avoir vu des papiers disant que les données issues de cette période de guerre n'étaient pas si fiables que cela, et on peut assez facilement comprendre pourquoi...

Bref si on ne se focalise pas sur les détails et qu'on regarde la vue d'ensemble, on ne peut pas s'empêcher de voir une certaine cohérence, voire une cohérence certaine entre les observations et les reconstitutions.

En tous cas les allégations de Tsih et de Benoit sont contredites par les propos mêmes de Judith Curry et ce qu'elle montre à ses lecteurs : le système climatique n'est pas complexe au point d'empêcher un modèle numérique de le reconstituer, même si c'est avec quelques imperfections, et la démonstration est faite qu'il n'y a aucune contrainte d'ordre mathématique qui ferait que les modèles calculeraient « un peu n’importe quoi » pour reprendre les mots de Benoit.

La simulation des états climatiques au 21e siècle selon différents scénarios d’émissions.

Si les modèles climatiques arrivent assez bien à reconstituer le passé, c'est qu'ils sont capables de nous donner des indications sur le futur à condition d'entrer des paramètres pertinents, or toute la difficulté réside dans le fait, notamment, qu'on ne sait pas ce qui va réellement se produire dans le futur, les scientifiques ne prétendant pas être des devins extra-lucides comme Benoit Rittaud (un autre Benoit, ce prénom ayant la même origine que benêt signifiant béni...) et n'ayant pas encore inventé la machine à voyager dans le temps permettant d'aller vérifier si les températures de 2100 seront bien celles annoncées.

Judith Curry, pour tenter de « démontrer » que les modèles sur-estiment très fortement le réchauffement climatique futur, nous montre ce graphique actualisé jusqu'en 2015 :

Comme 2016 a été apparemment plus chaude que 2015 on peut continuer les courbes qui entrent alors assez probablement dans la partie supérieure de la zone représentant les projections des modèles ; en tout cas chacun peut constater en regardant ce graphique aimablement fourni par Judith Curry que les températures observées se dirigent sans trop de difficultés vers la partie supérieure de la zone hachurée en rouge, alors comment peut-elle affirmer :

• Jusqu’à présent au 21e siècle, les modèles GCM chauffent en moyenne deux fois plus vite que l’augmentation de température observée.

Si quelqu'un veut bien m'expliquer, parce que j'ai beau regarder attentivement la courbe des températures observées et les projections des modèles pour la période 2000-2016 je ne vois pas en quoi les « GCM chauffe[raie]nt en moyenne deux fois plus vite que l’augmentation de température observée...

Sensibilité du climat au CO₂

Je terminerai par ce que je considère comme un argument de très mauvaise foi pour justifier de ne rien faire pour lutter contre le réchauffement climatique.

Judith Curry consacre de nombreuses lignes à la sensibilité du climat au CO2, appelée ECS ou equilibrium climate sensitivity.

Cette sensibilité fait l'objet de nombreuses recherches et est encore discutée, car il est vrai qu'en la matière le sujet est bien complexe tellement d'éléments entrant dans le calcul de cette sensibilité, pouvant soit s'amplifier soit s'annuler les uns les autres et rendant le calcul extrêmement compliqué.

D'après wikipedia :

• Comme l'a estimé le cinquième rapport d'évaluation du GIEC (AR5), « il existe une grande confiance dans le fait que l'ECS est très peu probablement inférieure à 1 ° C et une confiance moyenne que l'ECS est probablement située entre 1,5 ° C et 4,5 ° C et très peu probablement supérieure à 6 ° C . » (As estimated by the IPCC Fifth Assessment Report (AR5) "there is high confidence that ECS is extremely unlikely less than 1°C and medium confidence that the ECS is likely between 1.5°C and 4.5°C and very unlikely greater than 6°C.")

 Le graphique suivant est proposé :

On voit donc qu'il y a d'assez fortes chances pour que l'ECS soit comprise entre 2 et 4 degrés et une chance non négligeable qu'elle atteigne même les 8 degrés !

Maintenant je me pose la question suivante : imaginons qu'un expert me dise que ma maison a des chances de brûler sur la base d'un tel graphique ; disons que ce graphique représente une échelle de 0 à 12, 0 étant le risque nul et 12 le risque maximum, et que je doive choisir d'assurer ma maison en fonction de ce graphique qui me dit qu'après tout j'ai relativement peu de risque qu'elle brûle, la majorité des hypothèses d'un tel scénario se situant dans la zone 2 à 4 ; un climatosceptique comme Judith Curry déciderait de ne pas s'assurer ou de prendre une assurance bas de gamme afin de ne pas dépenser d'argent pour un risque finalement jugé faible, si ce n'est inexistant...

Personnellement je m'assure au maximum des garanties, quel que soit le prix à payer qui sera de toute façon bien inférieur à ce que me coûterait la reconstruction de ma maison si elle venait à brûler en tout ou en partie.

Mais je ne dois pas être normal il faut croire.

En conclusion.

Beaucoup plus sérieux que ce qu'on peut lire chez Curry ou sur Skyfall, cet article intitulé Climate Models Versus Weather Models: Different Approaches for Different Needs écrit par une certaine Sarah Truebe.

Lire notamment :

• Les modèles climatiques ne cherchent pas à prévoir ce qui va se passer à un endroit et à un point précis. Donc ils ne peuvent pas produire une prévision pour, par exemple, le 15 mars 2077, ou même demain! Au lieu de cela, les modèles climatiques sont utilisés pour déterminer comment les conditions moyennes vont changer - comme par exemple, fera-il en moyenne plus chaud ou plus frais, plus humide ou plus sec, à Tucson au cours des 50 prochaines années ? Et ce sont les informations dont nous avons besoin si nous voulons planifier des choses comme la pénurie d'eau, les incendies plus fréquents ou tout autre impact sur le Sud-Ouest qui pourrait résulter des effets locaux du changement climatique mondial. Pour gérer les opérations du réservoir dans le lac Mead, par exemple, le Bureau of Reclamation des États-Unis ne se soucie pas des conditions exactes le 15 mars 2077. Ils s'intéressent de savoir si sur une période de 5 à 10 ans il y aura assez d'eau pour répondre aux exigences de Usagers de l'eau du fleuve Colorado.(climate models aren't trying to predict what is going to happen at a specific place and point in time. So they can’t produce a forecast for, say, March 15, 2077, or even tomorrow! Instead, climate models are used to determine how the average conditions will change - as in, will it be on average warmer or cooler, wetter or drier, in Tucson over the next 50 years? And this is information we need if we're going to plan for things like water shortages, or more frequent fires, or any of the other impacts on the Southwest that might result from the local effects of global climate change. To manage reservoir operations in Lake Mead, for example, the U.S. Bureau of Reclamation doesn't care about the exact conditions on March 15, 2077. They care whether over a 5 to 10 year period there will be enough water to meet the demands of Colorado River water users.)

 Et pour vraiment s'informer plus en détail auprès de spécialistes, on a le CNRS, avec Hervé LeTreut,
pas moins :

• Dans la démarche des modélisateurs on est ainsi passé d’une démarche purement académique destinée à bien comprendre le fonctionnement de notre environnement, à une approche plus large, nécessaire pour argumenter la prise de décisions. La complexité du monde naturel fixe des limites à cet exercice, mais elle indique aussi que nous ne serons probablement jamais en mesure de contrôler l’évolution de notre planète, si elle commence à nous échapper.

Eh oui, il est « nécessaire de prendre des décisions » et pour cela il faut des outils, par exemple les modèles climatiques, mais on peut comprendre que certains n'aiment pas les « prises de décisions » quand celles-ci ne vont pas dans le sens de leurs intérêts !