Climat du passé : comment combler les lacunes de mesures du XIXe siècle ?

L’année qui vient de s’écouler a été la plus chaude depuis le début des mesures mais il est difficile de dire à quel point la température mondiale a augmenté. Selon certains experts, la planète s'est réchauffée de 1,34 °C par rapport à la moyenne de 1850-1900. Selon d’autres, cette hausse serait de 1,54 °C.

Cet écart de 0,2 °C ne remet pas en question le réchauffement provoqué par l'homme depuis le début de l’ère industrielle mais l’enjeu est de taille : il s’agit de savoir si le seuil arbitraire de 1,5°C, considéré comme « dangereux » selon les termes de l'accord de Paris de 2015, est atteint.

Ce désaccord sur l’ampleur du réchauffement ne tient pas à l’évaluation des températures actuelles, mais à celle du passé. Plus précisément à l’interprétation des mesures effectuées sur les océans à la fin du XIXe siècle.

Aucune estimation de la température mondiale n'est en effet possible sans inclure les océans, qui couvrent 70 % de la surface de la planète. Aujourd'hui, les chercheurs font la moyenne des données provenant de satellites, de stations météorologiques et de bouées pour estimer les températures à la surface de la planète. Mais pour le XIXème siècle, les données sont peu nombreuses ; leur interprétation est ailleurs plus difficile.

Pour la petite histoire, les enregistrements de mesures ont commencé aux États-Unis vers 1850 sous l’impulsion de Matthew Fontaine Maury, surintendant de l’observatoire naval, de la cartographie et des instruments. Lequel encourageait la marine marchande à participer à la collecte d’informations météorologiques, afin d’améliorer le routage des bateaux, des voiliers pour la plupart.

Ces observations comprenaient les principaux paramètres d’état de l’atmosphère mais également la température de l’eau. Dans un premier temps, les marins utilisaient des sceaux en bois, plongés dans la mer et hissés sur le pont des navires, puis des sceaux en toile et en caoutchouc. Lorsque les navires à vapeur ont pris le relais, ces dernières ont été faites en passant par les soupapes d’admission des moteurs, puis avec des capteurs disposés le long de la coque.

Chaque méthode comporte un biais : les seaux en toile, par exemple, exposent l'eau au refroidissement par évaporation, tandis que les vannes d'admission, chauffées par le navire lui-même, chauffent l'eau. D’où la nécessité de corriger les mesures, afin d’obtenir un ensemble homogène de données.

Interprétation des données : chacun sa méthode

Les enregistrements historiques de température de la surface de la mer sont conservés par deux organismes : La National Oceanic and Atmospheric Administration américaine (NOAA) et le Met Office au Royaume-Uni. Les données sont cataloguées de la même manière chez l'un et l'autre mais les méthodes d’interprétation ne sont pas les mêmes : la NOAA croise les températures mesurées dans le sceau avec les températures de l'air prises au même endroit et à la même heure, tandis que le Met Office s'appuie sur un « modèle théorique de sceau » pour estimer la température de l'eau avant qu'elle ne soit prélevée de l’océan. Chaque méthode a ses qualités et ses défauts...

>> Evolution des températures de 1880 à nos jours selon la méthode de la NOAA :

Au final, l’interprétation des données de la NOAA montre réchauffement moins marqué de l'océan, au cours des 170 dernières années, que celle du Met Office. Ce qui suggère que la terre s'est réchauffée beaucoup plus rapidement que l'océan pendant cette période.

Duo Chan, climatologue à l'Université de Southampton, utilise pour sa part les températures des stations météorologiques insulaires ou côtières voisines pour ajuster les observations à bord du navire, pour mieux compenser les biais liés à l’utilisation des seaux. « La méthode a l'avantage de gommer deux tendances que les scientifiques ont de la peine à expliquer, comme le refroidissement qui a commencé à la fin des années 1800, ou le réchauffement rapide de 1910, qui s’est prolongé jusqu’à la Seconde Guerre mondiale » explique-t-il. « Retirez ces artefacts et vous obtenez une évolution de la température beaucoup plus douce ». Ce type de correction s’alignent également avec les enregistrements de température issus de la dendrologie et de l’analyse des coraux.

D'autres techniques pour éliminer les biais sont plus minutieuses: Elizabeth Kent, climatologue au Centre national d'océanographie du Royaume-Uni, et ses collègues recherchent des détails négligés dans les journaux de bord qui peuvent les aider à identifier les navires inconnus et à déduire leurs méthodes de collecte de données.

« La comparaison de données issues de navires battant des pavillons différents mais naviguant simultanément sur les mêmes zones de l'océan peut également révéler des biais » explique encore Duo Chan. « On a par exemple découvert qu'après les années 1930, les mesures de température des navires japonais avaient tendance à être de 0,35°C plus froides que celles d'autres pays. Cette différence s’explique par le fait qu’après la Seconde Guerre mondiale, l'armée de l'air américaine répertoriait ces enregistrements sur des cartes perforées, en laissant tomber la décimale pour économiser de l'espace ! ».

« La lecture à la machine et d'autres techniques d'intelligence artificielle pourraient accélérer le travail mais les moyens manquent » explique encore Elisabeth Kent. « Pour l'importance de ces ensembles de données, le nombre de personnes qui y travaillent est incroyablement peu élevé. Les gens pensent que tout est fait, tout va bien. »

>> "La mer calme" de Gustave Courbet (1869) :

Des millions de données attendent d'être traitées

Un nombre stupéfiant de journaux de bord n'ont pas encore été numérisés, déclare Ed Hawkins, climatologue à l'Université de Reading. Les Archives nationales du Royaume-Uni ont 6 millions de pages qui sont jusqu'à présent intactes, par exemple. « Nous pourrions au moins doubler la quantité de données dont nous disposons », ajoute-t-il.

« Disposer d’une base de données plus riche et homogène apporterait plus qu'une simple certitude sur le rythme du réchauffement climatique aujourd'hui » conclut Duo Chan. « Cela mettrait en lumière la façon dont le réchauffement de l'océan varie d'un bassin à l'autre et à mieux comprendre des phénomènes déroutants, comme la résistance apparente de l'océan Pacifique oriental au réchauffement : une question importante pour ceux qui étudient l'avenir du modèle climatique El Niño. Une meilleure gestion des enregistrements aiderait également à consolider les projections des modèles sur le réchauffement climatique. Si nous ne connaissons pas le passé, nous ne pouvons pas donner beaucoup de crédit aux prédictions que nous faisons. »

Philippe Jeanneret avec le concours de la revue Science