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Sécheresses, inondations, vagues de chaleur… Quel rôle du changement climatique dans les épisodes extrêmes ?

Comprendre la science de l’attribution climatique avec Davide Faranda, Senior Researcher au Centre national de la recherche scientifique (CNRS)

Les JO de Paris seront-ils les plus chauds de l’histoire ? Ils sont déjà scrutés par les scientifiques qui tentent de mesurer les effets du changement climatique. Les physiciennes de l’atmosphère Cathy Clerbaux et Sarah Safieddine (Sorbonne Université) utilisent pour cela un indicateur de la température humide. Car le cocktail chaleur et humidité peut-être mortel, surtout lorsqu’on produit un effort physique conséquent. Le chercheur en sciences du climat Davide Faranda (CNRS) travaille lui sur la science de l’attribution : il cherche à comprendre ce qui est imputable au changement climatique dans la récurrence d’événements météorologiques extrêmes. Ce domaine de recherche pointe un risque d’épisode caniculaire pendant les JO de Paris plus grave que celui de 2003.

Le lien entre les catastrophes naturelles et le changement climatique peut-être évalué au cas par cas a posteriori. Shutterstock

Davide Faranda, Centre national de la recherche scientifique (CNRS)

Chaque catastrophe naturelle causée par un épisode météorologique rare (vague de chaleur, sécheresses, inondations, orages…) entraîne régulièrement son lot de commentaires et de questionnements : le changement climatique est-il bien en cause ? Comment savoir ? Alors que le souvenir de la canicule de 2003 est encore cuisant, les risques d’un été caniculaire se font déjà craindre pour les Jeux olympiques de Paris à l’été 2024.

Depuis quelques années, il est possible de distinguer l’influence de la variabilité naturelle de la météo et l’influence des changements climatiques : on parle de science de l’attribution climatique.

Davide Faranda, directeur de recherche CNRS au laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (LSCE) de l’Institut Pierre-Simon Laplace et membre du consortium européen XAIDA, qui développe des méthodes permettant de rattacher à l’évolution du climat les événements météorologiques extrêmes, revient sur cette discipline scientifique en plein essor.

Que veut-on dire par science de l’attribution ?

L’attribution climatique consiste à regarder un événement météorologique extrême donné qui s’est produit dans le passé, et à quantifier le rôle joué par le changement climatique dans sa survenue. Autrement dit, son enjeu est de distinguer la météo de tous les jours, qui sera en phase avec la variabilité statistique du climat, qui connaît des épisodes extrêmes rares rencontrés à une fréquence donnée (par exemple décennale, centennale…) de l’influence du changement climatique.

On cherchera ainsi à calculer dans quelle mesure le changement climatique a rendu cet événement plus probable – plus fréquent – et plus intense. C’est un domaine assez nouveau, qui a pris de l’essor après la canicule de 2003, qui avait causé plus de 35’000 morts en Europe. Il a notamment été popularisé dans le rapport du GIEC sur les causes physiques du réchauffement paru en août 2021. Les éléments scientifiques rattachant les extrêmes météo au climat sont très forts, notamment pour les canicules, les précipitations extrêmes, les sécheresses et les cyclones tropicaux.

Changements en fréquence et en intensité des événements extrêmes à cause du changement climatique. GIEC

Au-delà des orages, des cyclones et des vagues de chaleur, nous souhaitons aussi, dans le cadre de Xaida, nous intéresser aux événements faisant intervenir plusieurs extrêmes simultanément, comme les feux de forêt. Des recherches à ce sujet sont en cours.

Pourquoi est-ce une science aussi jeune ?

Pour pouvoir relier un événement donné à l’évolution du climat, il faut pouvoir simuler un monde « contrefactuel » tel qu’il serait en l’absence de changement climatique. On recourt donc à des modèles numériques qui permettront de calculer la probabilité de tel ou tel événement rare dans le monde actuel d’une part, et dans un monde sans réchauffement à gaz à effet de serre d’autre part.

À noter qu’il n’existe actuellement pas de consensus scientifique sur la meilleure façon de construire ce monde contrefactuel, pas même dans les modélisations du GIEC. Plusieurs méthodes de calcul coexistent pour modéliser les événements, chacune avec ses avantages et ses inconvénients.

La principale difficulté, c’est donc d’avoir assez de données pour construire ce contrefactuel. C’est aujourd’hui la disponibilité des données météo selon un maillage géographique de plus en plus fin (grâce à la multiplication des réseaux d’observation, au sol et par satellite) qui a permis de faire d’énormes progrès. En soi, ClimaMeter, l’outil d’attribution rapide des événements météo extrêmes que nous développons au LSCE, aurait pu tourner sur un ordinateur des années 1950. Mais à l’époque, nous n’aurions pas eu assez de données pour faire fonctionner les modèles.

Quels événements extrêmes ClimaMeter a déjà reliés au climat ?

L’outil a déjà permis de rattacher plus de 40 événements météorologiques extrêmes au changement climatique, parmi lesquels des tempêtes, comme le cyclone Belal qui a touché La Réunion en janvier 2024, des inondations comme celles à Dubaï en avril 2024 ou en France à l’automne 2023, des vagues de chaleur (comme celle d’octobre 2023 en Europe, des vagues de froid (comme celle de janvier 2024 aux États-Unis)…

Analyse ClimaMeter des inondations de Dubaï. ClimaMeter / Davide Faranda

Pour chaque événement, on calcule ainsi dans quelle mesure il s’agit d’un événement rare (si ce type d’événement est déjà survenu dans le passé), et dans quelle mesure il peut s’inscrire dans la variabilité naturelle du climat, ou s’il a été renforcé par le changement climatique d’origine humaine.

Quelle est la méthodologie utilisée par ClimaMeter ?

À la différence d’autres méthodologies, comme celles de l’initiative World Weather Attribution, qui va s’intéresser directement à la probabilité d’occurrence des variables météorologiques (températures, paramètres des vents, etc.) retrouvées dans l’événement étudié (on parle d’approche probabiliste inconditionnelle), nous adoptons une approche non seulement statistique, mais également conditionnelle. Nous recherchons les causes possibles, en termes de circulation atmosphérique (cyclones, anticyclones…), de ces variables : pression atmosphérique, précipitations, températures, vents…

Pour cela, nous recherchons des analogues de l’événement sous examen dans deux « mondes » issus de deux jeux de données distincts :

  • 1979-2001, qui correspond à un climat réchauffé, mais déjà du « passé »,
  • 2001-2023, qui correspond au climat réchauffé actuel.

Cette approche nous a permis de nous intéresser à des événements qui auraient été autrement impossibles à attribuer, par exemple les tempêtes ou encore des systèmes orageux. L’objectif derrière ClimaMeter, c’est de pouvoir évaluer les effets du changement climatique sur les événements extrêmes dans des zones où il existe peu d’études d’attribution, mais beaucoup de demandes d’évaluation de l’évolution du risque de ces événements pour les populations. Par exemple dans les Caraïbes, ou dans les zones méditerranéennes, où des cyclones méditerranéens (ou medicanes) pourraient faire des dégâts, à l’image du médicane Apollo, qui a frappé la Sicile en 2021 et provoqué des inondations.

L’enjeu est aussi socio-économique : ces modèles peuvent aider à estimer si le risque d’inondation à Venise est plus élevé avec ou sans barrage, par exemple.


Les JO 2024 permettront-ils de mieux comprendre les dangers de la température humide ?

Sarah Safieddine, Sorbonne Université et Cathy Clerbaux, Sorbonne Université

La cérémonie d’ouverture aura-t-elle lieu comme prévu ? Combien de touristes viendront in fine dans la capitale ? Est-ce qu’il y aura une canicule ?

Alors que la France entière se pose de multiples questions sur les prochains Jeux olympiques (JO) de Paris, en tant que physiciennes de l’atmosphère, ces JO seront pour nous l’occasion de scruter un indicateur de plus en plus utilisé pour mesurer les effets de la chaleur sur le corps humain, notamment lors d’un effort : celui de la température humide.

Cet indice thermique permet d’évaluer un ressenti qui vous est sans doute familier : lors des pics de chaleur, quand la température dépasse 35°C, nous avons tous fait l’expérience d’un ressenti très différent selon le taux d’humidité : à température égale, une chaleur sèche restant bien plus supportable qu’une chaleur humide. La chaleur et l’humidité peuvent même se révéler une combinaison mortelle, rendant la vie à l’extérieur particulièrement insupportable.

S’il existe de nombreuses façons de mesurer le confort thermique, notamment pendant les vagues de chaleur, le terme de température ou chaleur humide, en anglais, wet bulb temperature (WBT), est de plus en plus utilisé par les scientifiques et les médias, pour une raison simple : plus celle-ci s’approche de la température du corps humain, plus elle devient dangereuse.

Pourquoi chaleur et humidité riment avec danger

Car lorsque le taux d’humidité est élevé, le mécanisme de la transpiration via lequel l’humain contrôle sa température corporelle fonctionne beaucoup moins bien. Le seuil «critique» de la température humide pour l’humain, c’est-à-dire le point à partir duquel une personne en bonne santé ne peut espérer survivre pendant plus de six heures, était jusqu’à peu considéré comme atteint vers 35°C de température humide. Par exemple, cette valeur est atteinte à une température extérieure de 35°C et 100% taux d’humidité ou même à 38°C et 80% d’humidité. Mais des études très récentes montrent que ce seuil mortel serait beaucoup moins élevé puisqu’il se situerait plutôt vers 30-31°C si le corps ne peut pas se refroidir rapidement. Une hyperthermie s’installe alors et des lésions cérébrales et organiques peuvent apparaître entraînant d’autres conséquences dangereuses, voire mortelles.

Ce que les Jeux olympiques peuvent nous apprendre sur la température humide

Pendant les jeux Olympiques de 2020 à Tokyo, pour prendre en compte l’effet combiné de la chaleur et de l’humidité sur les activités physiques, la température humide a été utilisée comme indice pour estimer le risque de pathologies en lien avec la chaleur. Ces derniers jeux étaient de fait particulièrement élevés : considérés comme les plus chauds de l’histoire, leurs participants se sont indirectement infligé des conditions proches de la torture, avec des températures aux alentours de 30-31°C et un taux d’humidité de 60%. Or l’effort physique intense typiquement nécessaire lors des épreuves d’athlétisme ou les sports d’équipes en extérieur entraîne des contractions musculaires libérant une quantité considérable de chaleur et donc une forte augmentation de la température musculaire et de la température centrale du corps.

Ce n’est que dans un second temps que la chaleur produite est dissipée principalement sous forme de transpiration. Pour donner un ordre de grandeur : le ressenti en termes de confort ou stress thermique était le même pour un participant aux JO à Tokyo en 2021, qu’un joueur de football à la coupe du monde au Qatar en 2022 (40ºC et 25% d’humidité).

Nos travaux de recherche passés ont permis de cartographier les régions du monde considérées à risque par la combinaison dangereuse température-humidité. Mais c’est aussi un point d’attention de nos recherches actuelles dans le cadre de la préparation des Jeux olympiques qui se dérouleront à Paris cet été.

Juillet est le mois le plus chaud de l’année en Île-de-France. Si la chaleur est exacerbée par un temps orageux et/ou une humidité élevée, les conditions externes seront insupportables pour les compétitions.

Pour mieux anticiper, des analyses locales lors d’événements ponctuels, comme durant les JO de Paris cet été, vont être utiles pour mieux comprendre les impacts sur la santé de la combinaison température-humidité. En associant les données médicales des athlètes avec des mesures météorologiques locales, on devrait mieux estimer l’impact de la température humide sur les organismes soumis à des efforts intenses.

Une histoire liée à l’entraînement militaire

Récolter ce genre de données est crucial, car aussi dangereux qu’ils puissent être, les effets de la température humide sont encore trop mal connus.

Historiquement, les pathologies liées à de fortes températures humides ont d’abord été un objet d’étude militaire, car les maladies liées à la chaleur constituaient un problème grave dans l’armée, la marine et le corps des marines américains tout au long des années 1940 et 1950. 200 morts et plusieurs centaines de maladies dues à la chaleur ont ainsi été répertoriés entre 1940 et 1953. Trois ans plus tard, en 1956, dans des documents confidentiels de la recherche navale américaine, aujourd’hui rendus publics, le terme température humide apparaît pour la première fois. La température humide s’est dès lors avérée un indice de chaleur pratique pour évaluer le stress thermique sur les individus en activité en extérieur, et pour prédire et quantifier les maladies causées par la chaleur. Son utilité a de fait été rapidement prouvée : malgré un temps plus chaud en 1956 aux États-Unis, grâce à ce nouvel indice, l’incidence des maladies liées à la chaleur a été réduite de deux tiers dans les troupes navales de l’armée américaine.

Mais à l’échelle du globe, l’intérêt public par la température humide reste lui relativement récent. Le diagramme ci-dessous montre le pourcentage des recherches Google de l’expression «wet bulb temperature» pour les 10 dernières années dans le monde entier. On note une augmentation nette dans les recherches en 2021, et ce pendant tous les étés depuis.

Les chiffres représentent l’intérêt au fil du temps de la recherche « « wet bulb temperature» par rapport au point le plus élevé du graphique. Une valeur de 100 correspond à la popularité maximale du terme «wet bulb temperature». Une valeur de 50 signifie que le terme est deux fois moins populaire. Sarah Safieddine depuis les données : https://trends.google.com/trends, Fourni par l’auteur

Une température avec des formules différentes

Mais au juste, comment la mesure-t-on cette fameuse température humide ?

L’outil mobilisé pour cela est en fait un thermomètre dont le réservoir de mercure est contenu dans une boule de coton (ou «bulbe») humide exposé à l’air. À 100 % d’humidité, la température du bulbe humide (ici appelée température humide) est égale à la température de l’air (température du bulbe sec) ; à une humidité plus faible, la température humide est inférieure à la température du bulbe sec en raison du refroidissement par évaporation.

C’est là tout le paradoxe et la difficulté de la mesure de la température humide : elle indique certes un chiffre en degré Celsius plus bas que la température sèche mais un fort taux d’humidité demeure en parallèle un grand danger car notre transpiration corporelle qui permet au corps de se refroidir par évaporation est mise en péril.

Ce type de mesures à bulbe humide reste cependant encore rare car historiquement, les mesures des bulletins météorologiques n’intégraient pas cette donnée, car le concept même de température humide est relativement récent, et car les scientifiques la calculent ainsi indirectement.

Une dispersion importante des observations géographique et historique

Ces dernières années, des recherches ont pu être faites sur l’évolution de la température humide avec le changement climatique à l’échelle planétaire. Les chercheurs Tom Raymond et Colin Matthews ont par exemple examiné les données relatives à la température et à l’humidité provenant de 7000 stations météorologiques réparties dans le monde entier. Ils ont ainsi constaté que la température humide extrême est deux fois plus fréquente aujourd’hui qu’il y a quarante ans.

Cette carte montre les cas de températures humides maximales documentés, avec des couleurs plus chaudes allant du jaune au rouge signifiant les pires combinaisons mesurées de température humide. Carte de Jeremy Hinsdale ; adaptée de Raymond et coll., Science Advances, 2020. Carte interactive ici : https://news.climate.columbia.edu/wp-content/data-viz/heat-humidity-map, Fourni par l’auteur

Bien que le nombre de stations météorologiques utilisées dans cette étude (7000) puisse être considéré comme élevé, les stations sont principalement localisées dans les pays développés et la répartition n’est pas homogène sur l’ensemble du globe.

On note aussi le déficit de stations de mesures dans les pays chauds et/ou humides (Afrique, Amérique du Sud, la péninsule Arabique et le sud de l’Asie), où le danger de fortes températures humides est pourtant particulièrement inquiétant.

Manque de connaissance sur les processus locaux à l’échelle de la ville

Il faudrait donc, à l’avenir pouvoir analyser de manière plus homogène et ciblée les effets de la température humide, notamment dans les pays du Sud. Néanmoins, l’état des connaissances permet déjà de dresser certains effets aggravants.

L’effet physiologique de la température humide est par exemple particulièrement intense dans les villes, qui sont généralement des îlots de chaleur urbains, c’est-à-dire une zone d’élévation de température localisée en milieu urbain par rapport aux zones rurales voisines. Aujourd’hui, les liens physiques entre la température humide et les îlots de chaleur urbains restent cependant encore mal connus.

La température humide peut être également particulièrement élevée dans les villes côtières comme celles du golfe persique (telles que Dubaï et Abu Dhabi), en particulier en soirée, lorsque l’air est saturé d’humidité. Cette illustration est une moyenne, mais la variabilité en journée peut comporter des valeurs beaucoup plus élevées de la température humide.

On note enfin que lorsqu’on s’éloigne de la côte, la température humide diminue, alors que la température de l’air ambiant reste la même. Lorsque l’humidité est basse (régions désertiques), la température humide l’est aussi.

Moyenne sur 13 ans [2008-2020] de la température humide pendant l’été pour les villes du golfe Persique et du golfe d’Oman. Sarah Safieddine, Fourni par l’auteur

Une variabilité diurne complexe

L’animation ci-dessous montre un exemple de la grande variabilité en journée de la température humide pendant l’intense vague de chaleur enregistrée en Inde en avril 2022. Pour contourner le manque d’observations locales, et pour créer cette animation, nous nous sommes basées sur des données de modèles de météorologie dites reanalyses. Celles-ci regroupent et assimilent plusieurs jeux de données (sols, satellites, avions, modèles, etc.) pour créer un produit de qualité suffisante.

Animation de la température humide (WBT) par heure locale de la journée du 25 avril 2022. Source : Sarah Safieddine

Des études ont montré qu’en l’absence de mesures significatives qui permettraient d’atténuer la hausse des températures due au changement climatique, le seuil limite de survie (= 31 °C ou 35°C donc selon les différentes études) sera atteint et dépassé dans les années à venir, en particulier en Afrique, dans la péninsule Arabique et en Asie du Sud. Ici, pour le cas de l’Inde en 2022, on constate par exemple que ce seuil a été dépassé pendant plusieurs heures durant la journée du 25 avril 2022 (et pendant plusieurs heures quelques jours avant et après). La température humide est hélas élevée dans les régions qui sont aussi les plus peuplées du monde.

Pour les villes côtières, c’est la double peine : elles sont plus chaudes et plus humides.

La température humide est la plus intense sur les côtes (taux d’humidité plus grands) et pendant l’après-midi, quand les températures et les taux d’humidité combinés atteignent leur maximum. On note que sur la frontière indo-pakistanaise, proche de l’océan Indien, la température humide reste encore dangereusement élevée même à 18h30, fin de la journée de travail.

Un domaine de recherche pluridisciplinaire encore largement mal connu

On sait que la capacité du corps humain à supporter la chaleur et l’humidité ne va pas évoluer aussi rapidement que les perturbations du climat à venir. Les projections climatiques des rapports du GIEC montrent que l’augmentation de température dépendra fortement de la vitesse avec laquelle les émissions de gaz à effet de serre diminuent. Mais les projections climatiques de la température humide sont encore entachées d’incertitudes, en particulier aux échelles locales quand on ne dispose pas de mesure d’humidité. De ce fait, les effets sociétaux et épidémiologiques sont difficiles à prévoir, et les mesures à prendre en terme d’aménagements du territoire sont compliquées à mettre en place.

Sarah Safieddine, Chargée de recherche CNRS (LATMOS/IPSL), Sorbonne Université et Cathy Clerbaux, Directrice de recherche au CNRS (LATMOS/IPSL), professeure invitée Université libre de Bruxelles, Sorbonne Université

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.


Peut-on utiliser la méthodologie de ClimaMeter pour prévoir le risque d’événements extrêmes, comme une vague de chaleur pendant les Jeux olympiques de Paris à l’été 2024 ?

Ce n’est pas l’objectif de ClimaMeter, même si nous avons repris la méthodologie du projet pour évaluer le risque de vague de chaleur pendant les JO de Paris 2024, dans la revue npj Climate and Atmospheric Science. Nous avons montré que ce risque est bien plus élevé qu’en 2003, et que le record de 2003 pouvait être dépassé de plus de 4 °C en Île-de-France avant 2050.

Les épisodes chauds ainsi simulés correspondent à l’ajout d’une « goutte froide » cyclonique à une situation anticyclonique proche de celle de 2003. Cette « goutte froide » est susceptible de transporter de l’air très chaud du Sahara vers la France, et d’apporter une chaleur supplémentaire par rapport à la situation de 2003.

Cette étude n’est pas une prévision pour 2024, mais un avertissement quant à la possibilité de périodes de chaleur prolongées en Île-de-France à un horizon très proche.

Davide Faranda, Senior Researcher, Centre national de la recherche scientifique (CNRS)

Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons. Lire l’article original.

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