Pour concevoir son modèle du climat, le pôle de modélisation de l'Institut Pierre-Simon Laplace fait appel à des équipes de recherche venant de disciplines très diverses : météorologie, océanographie, étude des surfaces continentales, chimie…
Frédéric Hourdin et Jean-Louis Dufresne, tous deux chercheurs CNRS au Laboratoire de météorologie dynamique, peaufinent le modèle de circulation atmosphérique (LMDZ)L'atmosphère y est représentée par un quadrillage tridimensionnel, une sorte d'empilement de boîtes de trois cents kilomètres de côté et d'un kilomètre de hauteur. Cet empilement prend en compte les cinquante premiers kilomètres de l'atmosphère, mais les premières couches de la troposphère qui sont déterminantes pour le climat y sont plus finement représentées. À chaque nœud de la grille, le modèle calcule la température, le vent et l'humidité.
En même temps, des équations de mécanique des fluides (transport de la chaleur et de l'humidité par les vents, échanges de chaleur et d'eau entre l'atmosphère, les surfaces océaniques et terrestres… ) sont résolues toutes les demi-heures. L'objectif des chercheurs aujourd'hui est d'affiner le modèle pour mieux prendre en considération la physique des nuages, composante essentielle de l'atmosphère qui influence fortement le climat.
Gurvan Madec, chercheur CNRS au Laboratoire d'océanographie dynamique et de climatologie a écrit le modèle d'océan ORCALIM-OPA. Il représente tous les courants océaniques, dans les trois directions de l'espace ainsi que la température et la salinité de l'océan. Il est associé à un modèle de glace de mer, qui mesure le comportement mécanique de la glace marine, et à un modèle de biogéochimie marine qui reproduit notamment le cycle du carbone dans l'océan. Aujourd'hui, OPA est pratiquement le seul modèle européen d'océan, utilisé en recherche et en océanographie opérationnelle.
Le modèle ORCHIDÉE développé par un ensemble de chercheurs, dont Nathalie de Noblet, chercheuse CEA au Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (LSCE), prend en compte les interactions entre les surfaces continentales et l'atmosphère. Il calcule notamment la dynamique saisonnière de la végétation, et les bilans énergétique et hydrique de la surface terrestre. Si ORCHIDÉE prend en compte un grand nombre de processus, la chercheuse déplore le manque de données d'observation, à l'échelle globale, qui permettrait une meilleure évaluation de ce modèle. Il représente encore très mal par exemple les zones fortement exploitées par les hommes, comme les champs, les prairies, les rizières, etc. « Aujourd'hui, les zones agricoles représentent environ 40 % des surfaces émergées de la Terre, pourcentage qui s'élèvera certainement à 70 % d'ici à la fin de ce siècle, explique Nathalie de Noblet. Le remplacement des forêts par des cultures a une influence connue mais mal quantifiée sur le cycle du carbone, et certainement sur la dynamique du climat. Mais elle a été très peu étudiée jusqu'à présent. Les modèles de climat couplés peuvent nous aider à comprendre et à évaluer certains risques futurs liés à l'exploitation des surfaces continentales. »
Le modèle INCA, conçu notamment par Didier Hauglustaine, chercheur CNRS au LSCE, est également couplé au modèle de circulation générale de l'atmosphère. Il est capable de représenter aujourd'hui la chimie atmosphérique d'une centaine de gaz et trois cents réactions chimiques.
Depuis peu, le cycle du carbone, modélisé par Pierre Friedlingstein, chercheur CNRS au LSCE, est venu aussi s'ajouter au modèle de l'IPSL. Le chercheur est parti du principe que dans tout système s'opèrent des boucles de rétroaction. Résultat : dans son modèle, le climat modifie le cycle du carbone qui modifie lui-même en retour, via la concentration du CO₂ atmosphérique, le climat. Les climatologues peuvent ainsi mesurer l'effet rétroactif du cycle du carbone qui a pour conséquence d'amplifier dans les prévisions le réchauffement de la planète de 20 % à l'horizon 2100.

F.I