Comprendre les processus polaires dans le système climatique mondial

Le projet CRiceS, ou «Climate relevant interactions and feedback : the key role of sea ice and snow in the polar and global climate system», contribuera à une compréhension plus précise du système océan-glace-neige-atmosphère afin de fournir de meilleurs modèles pour expliquer le rôle du climat polaire dans le climat global.

Les régions arctiques et antarctiques connaissent des changements rapides et sans précédent dus au changement climatique polaire et mondial causé par les activités anthropiques. Les projections pour le 21e siècle montrent une diminution substantielle de la glace dans l'Arctique et l'Antarctique, ce qui devrait avoir un impact sur les populations de l'Arctique et sur le monde, au-delà des régions polaires.

Améliorer les prédictions des modèles

Le projet CRiceS "Climate relevant interactions and feedback : the key role of sea ice and snow in the polar and global climate system" réunit 21 équipes de recherche internationales, d'Europe, du Canada, d'Afrique du Sud, d'Inde et de Russie, à la pointe de la recherche sur le climat polaire et mondial. Le projet de recherche vise à améliorer la modélisation de l'impact de ces régions sur le climat mondial.

Le nouveau projet fait appel à un panel de chercheuses et chercheurs exceptionnellement large pour s'attaquer au rôle des processus polaires dans le système climatique, notamment des expertes et experts en physique du climat, en chimie et en biologie. "Nous pensons que notre approche intégrée, qui fait appel à des experts en modélisation et en observation, nous aidera à comprendre non seulement les processus polaires, mais aussi la manière dont les systèmes polaires sont liés au climat mondial et à la société", déclare Risto Makkonen, coordinateur du projet et professeur de recherche à l'Institut fédéral de métrologie de l’Université d’Helsinki. Julia Schmale, professeure assistante tenure track à l'EPFL et responsable du Laboratoire de recherche sur les environnements extrêmes à l'EPFL Valais Wallis, sera chargée de mettre en œuvre la compréhension mécaniste acquise à partir des observations in situ afin d'améliorer les modèles des chercheuses et chercheurs (lire son interview ci-dessous).

Processus essentiels à comprendre

Le projet CRiceS se concentre sur l'amélioration des prévisions des modèles concernant le rôle des processus polaires dans le système climatique qui se compose des océans, de la glace, de la couverture neigeuse et de l'atmosphère. Il est essentiel de comprendre le rôle des processus polaires, tels que les boucles de rétroaction, dans les climats polaires et mondiaux actuels et futurs. "Les modèles sont notre principal outil pour comprendre et prévoir le changement climatique. CRiceS utilise une approche multidisciplinaire unique pour fournir des descriptions améliorées des processus polaires et de leur fonctionnement au sein du système terrestre", indique Jennie Thomas, coordinatrice scientifique du projet et chercheuse principale au CNRS.

Le CRiceS améliorera les modèles climatiques en ce qui concerne la manière dont les processus polaires sont intégrés dans les codes des modèles. "Les modèles climatiques mondiaux sont essentiels pour prédire les changements futurs des systèmes climatiques polaires et mondiaux. Des modèles améliorés seraient capables de simuler des processus détaillés et notamment les interactions et le couplage des systèmes polaires, tels que les océans, la glace de mer et l'atmosphère", souligne Risto Makkonen.

Le projet bénéficiera d'un financement de 8 millions d'euros de la part de l'Union européenne (UE) et sera réalisé entre 2021 et 2025. 

L'UE joue un rôle important dans la recherche polaire en coordonnant des initiatives conjointes de collaboration dans l'Arctique et l'Antarctique. Elle finance environ 200 millions d'euros de projets de recherche polaire dans le cadre d'Horizon 2020.

Entretien avec Julia Schmale, professeure assistante tenure track à l'EPFL et responsable du Laboratoire de recherche sur les environnements extrêmes (EERL) à l'EPFL Valais Wallis.

Comment votre laboratoire va-t-il contribuer au projet de recherche CRiceS ?

L'EERL est l'un des rares membres du consortium CRiceS à pouvoir fournir des ensembles de données in situ uniques provenant des océans Arctique et Antarctique. Nos données peuvent être utilisées pour obtenir une compréhension mécaniste, par exemple, des conditions dans lesquelles le vent neigeux contribue à la formation d'aérosols - qui à leur tour peuvent influencer la formation des nuages - ou pour estimer la quantité d'acide iodique qui sera libérée lorsque l'eau de mer gèlera [voir un article précédent sur les travaux d'EERL dans ce domaine]. L'un de nos chercheurs dédiera toutes ses activités au CRiceS et sera financé par le projet. Cette personne travaillera en étroite collaboration avec les développeurs du modèle CRiceS pour traduire notre compréhension mécaniste dans le code du modèle. En outre, le CRiceS s'intègre bien à plusieurs de nos autres projets en cours, et un petit groupe de nos scientifiques contribuera aux travaux du consortium et en tirera des enseignements. Par exemple, nous avons récemment commencé à exploiter un modèle mondial de transport de substances chimiques, qui peut désormais être intégré au CRiceS avec un impact direct. 

Qu’est-il attendu des résultats de cette recherche?

Les modèles actuels peinent à reproduire certains processus pertinents pour le climat qui sont liés aux compositions atmosphériques dans les régions polaires, car les scientifiques ne disposent toujours pas de descriptions mathématiques précises de ces processus. Le CRiceS vise à surmonter ce problème en faisant collaborer étroitement les communautés d'observation et de modélisation. Concrètement, pour EERL, cela signifie que nos données et la compréhension des processus dérivés peuvent avoir un effet de levier important pour améliorer les performances des modèles, ce qui permet à son tour de meilleures simulations du changement climatique dans les régions polaires. Il s'agit là d'un aspect essentiel, car les changements qui surviennent dans l'Arctique et l'Antarctique ont des répercussions mondiales - pensez par exemple à l'élévation du niveau des mers.

Quels sont les principaux défis à relever lorsque l’on travaille dans des zones extrêmes avec autant de scientifiques différents ?

Dans le cadre du CRiceS, nous ne ferons pas d'expériences sur le terrain, mais nous exploiterons plutôt de riches ensembles de données déjà obtenues. D'après mon expérience, la collaboration au sein de ces grands consortiums est un processus très enrichissant, car nous pouvons combiner une grande variété d'expertises et de connaissances pour créer une valeur ajoutée par rapport à des groupes de collaboration plus petits. Très souvent, en plus de travailler sur les principaux objectifs du projet, de nouvelles idées de recherche émergent et peuvent conduire à de nouveaux projets communs. C'était par exemple le cas dans un précédent projet européen auquel j'ai participé, où une partie de notre équipe a joint ses forces pour l'expédition de circumnavigation en Antarctique.

Sur le terrain, il y a bien sûr de nombreux défis. La plupart d'entre eux sont difficiles à prévoir, car ils découlent de facteurs environnementaux tels que le déplacement de la glace de mer, les tempêtes ou les températures extrêmement basses. Pour continuer à acquérir des séries de données précieuses, telles que celles que nous utiliserons dans le CRiceS, il est important d'être patient et persévérant. Si quelque chose ne fonctionne pas la première fois, il fonctionnera à l'avenir ; si quelque chose se casse, on peut le réparer. Ici, la collaboration avec les autres participants à l'expédition est importante, et il est courant de s'entraider. Cela permet de créer non seulement un réseau professionnel, mais aussi des amitiés, un aspect que j'apprécie particulièrement dans les recherches sur le terrain basées sur des expéditions.