les racines de la climatologie

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Dans les années 1850, le physicien irlandais John Tyndall a tracé le mouvement de la Mer de glace (photo) près de Chamonix en France pour mieux comprendre les périodes glaciaires de la Terre.

Les eaux du monde: récit des scientifiques qui ont élucidé les mystères de nos mers, de nos glaciers et de notre atmosphère – et créé la planète entière Sarah Dry Scribe UK (2019)

La science du climat trouve ses racines plus loin que beaucoup ne le soupçonnent – bien au-delà du XIXe siècle. Les travaux du physicien victorien John Tyndall sur les glaciers, par exemple, ont contribué à ouvrir la voie à la science du XXe siècle, tels que la météorologue Joanne Simpson, l’océanographe Henry Stommel et le paléoclimatologue Willi Dansgaard. Dans son remarquable Les eaux du monde, l’historienne Sarah Dry donne vie à cette chaîne de chercheurs qui ont permis de révéler la dynamique des systèmes planétaires de la Terre et l’impact croissant de l’humanité sur ceux-ci.

Dry personnalise la planète en s’inspirant de sources archivistiques et publiées, d’histoires orales et de mémoires. Elle montre à quel point l'apparence globale a toujours été le produit d'individus, de lieux et de moments. Cette approche réduit effectivement la formidable nature de la science qui sonde les phénomènes profonds, depuis l’aurore du climat de la Terre il ya des milliards d’années jusqu’à un changement impulsé par l’homme, en particulier depuis le début de l’industrialisation à la fin du XVIIIe siècle.

La plupart des chercheurs pionniers présentés dans Les eaux du monde étaient des étrangers. Le mathématicien Gilbert Walker ne connaissait «presque rien» de la météo quand, en 1904, il prit la direction du département de météorologie de l'Inde à Simla. Stommel n'a jamais obtenu de doctorat; Simpson est devenue, en 1949, la première femme aux États-Unis à en obtenir une dans le domaine de la météorologie dominé par les hommes. Cependant, ces scientifiques étaient inévitablement influencés par des contextes intellectuels et institutionnels particuliers: réseaux impériaux de tenue de registres météorologiques et science de la guerre froide. Ces milieux scientifiques ont façonné leurs enquêtes et leurs pratiques et leur ont permis de contester et de faire progresser les connaissances. Loin de raconter une marche régulière vers le triomphe scientifique, Dry tient à faire la lumière sur les expériences plus désordonnées de la collecte de connaissances.

Tyndall, un expérimentaliste hors pair, est réputé pour son exposé de 1859 sur les bases physiques de l’effet de serre de la Terre. (La scientifique américaine Eunice Newton Foote l’avait pourtant battu trois ans plus tôt.) Les recherches de Tyndall s’appuient sur des théories antérieures, notamment celles du géologue Louis Agassiz sur les glaciations préhistoriques et du physicien Joseph Fourier sur la façon dont l’atmosphère terrestre piège la chaleur.

John Tyndall (centre-droit avec barbe et chapeau) a contribué à jeter les bases de la science climatique moderne à l'ère victorienne.Crédit: De Edward Whymper, Scrambles Parmi les Alpes(Londres: John Murray, 1871)

Lors des incursions estivales dans les Alpes, Tyndall a mesuré le mouvement dans la Mer de Glace près de Chamonix en France pour mieux comprendre le mouvement des glaciers pendant les périodes glaciaires. Il a également travaillé sur la capacité de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone à capter la chaleur et a supposé que des variations des niveaux de l'atmosphère produiraient un «changement de climat», des idées avancées plus tard par le physicien suédois Svante Arrhenius. À peu près à la même époque, Charles Piazzi Smyth, l'astronome royal d'Écosse, gravissait le volcan volcanique du mont Teide à Tenerife, chargé de télescopes encombrants. Ses observations l'ont amené à affirmer que les recherches sur la vapeur d'eau pourraient conduire à une prévision météorologique réussie.

Comme le montre Dry, l'eau – sous forme de glace et de nuages, ainsi que dans les courants océaniques – a permis de mieux comprendre le climat et les changements climatiques. L'étude de phénomènes concrets a rendu les mécanismes planétaires cachés plus faciles à gérer mentalement. Variée dans sa forme mais dans son essence, l’eau a démontré l’unité de la nature décrite par le polymathe allemand Alexander von Humboldt dans son opus Cosmos (1845) comme «les phénomènes des objets physiques dans leur connexion générale» et «la nature comme un grand ensemble». Dans l’atmosphère, la terre et les océans, continuellement transmutés par l’énergie solaire, l’eau s’est révélée être le mécanisme du flux énergétique mondial.

Les percées du XIXe siècle ont permis de conceptualiser le système climatique de la Terre au XXe siècle. L’idée de «météo mondiale» de Walker en 1928, par exemple, était centrée sur l’alternance de pressions élevées et basses à travers le monde. Les méthodes statistiques de climatologie mises au point en Europe dans les années 1880 par Julius von Hann et Wladimir Köppen ont notamment permis à Walker, entre autres, d’examiner les processus interdépendants qui sous-tendent la mousson. Et comme les observations devaient être faites à plusieurs endroits à la fois, elles ont été aidées par un monde de plus en plus "rétréci" par les chemins de fer, les télégraphes et les paquebots. L’identification des oscillations – les conditions météorologiques cycliques – par Walker a été dérivée des données de pression recueillies auprès de ballons, cerfs-volants, photographies et correspondances dans le monde entier. Parallèlement, les communautés scientifiques en plein essor ont fait en sorte que les chercheurs du nouveau siècle soient loin d’être isolés.

L'ampleur de la recherche sur le climat s'est développée rapidement, invitant à la multidisciplinarité. Dansgaard, par exemple, avait commencé à collecter de l'eau de pluie dans son jardin à Copenhague au milieu de 1952 pour montrer le profil isotopique d'une tempête locale. Cela est devenu une «grande chasse mondiale contre la pluie» pour des échantillons testables avec un spectromètre de masse. Ce projet lui a ensuite permis de montrer que les isotopes d'oxygène liés dans l'eau pourraient révéler des schémas globaux d'évaporation et de condensation. Plus tard, en 1958, Simpson et son collègue météorologue, Herbert Riehl, ont découvert le rôle de certains nuages ​​- les «tours chaudes» – dans le transfert d'énergie (sous forme de chaleur provenant de l'océan) des altitudes plus basses aux tropiques.

Joanne Simpson, qui a proposé l’hypothèse révolutionnaire de la circulation atmosphérique fondée sur les «tours chaudes», a étudié des photographies de nuages ​​tropicaux dans les années 1950.Crédit: NASA / Alamy

Certaines des expériences les plus influentes de cette époque étaient rudimentaires, voire ludiques. Dry décrit comment, à la fin des années 1940, Stommel a utilisé les panais comme "appareil expérimental" pour étudier les écoulements turbulents. Avec le même esprit Lewis Fry Richardson, Stommel a largué des paires de légumes dans le Loch Long en Écosse, en traçant leur mouvement relatif. Ils ont conclu que l’atmosphère et les océans présentaient des formes similaires de diffusion de l’énergie. Ce n’est qu’au début des années 1970 que Stommel a pu tester ces idées avec l’Expérience sur la dynamique du centre de l’océan dans l’Atlantique, qui a montré comment la turbulence entraînait la circulation océanique.

Pendant ce temps, en 1946, les chimistes General Schaffer Vincent Schaefer et Irving Langmuir s'amusaient avec le potentiel expérimental d'un congélateur domestique. Ils ont découvert que laisser tomber de la neige carbonique dans de la vapeur d'eau en surfusion pouvait provoquer des précipitations. Leur collègue Bernard Vonnegut (frère du romancier Kurt) a ensuite démontré que l'iodure d'argent était encore plus efficace: l'ensemencement des nuages ​​était arrivé. Il serait utilisé dans des programmes du gouvernement américain tels que le projet Stormfury (1962–83), qui faisait également appel aux travaux de Simpson pour contrôler les conditions météorologiques par la modification des ouragans. Plus tard, dans les années 1950, une cabane en bois située sur les terrains de la Woods Hole Oceanographic Institution à Falmouth, dans le Massachusetts, est devenue une plaque tournante pour les réunions annuelles au cours de laquelle Simpson, le météorologue Jule Charney et d'autres innovateurs ont dévoilé la dynamique des fluides géophysiques. Comme le montre Dry, l'imagination a été aussi importante que l'habileté mathématique pour faire progresser les connaissances planétaires.

Les modèles climatiques extrêmement sophistiqués d’aujourd’hui ont alimenté tous ces développements. Le météorologue américain Norman Phillips a établi le modèle numérique de circulation générale (MCG) en 1956. Il repose désormais sur les ordinateurs les plus puissants du monde pour calculer la façon dont les données observées répondent à des ensembles d’équations physiques reproduisant les processus climatiques. Le MCG tente de calculer tous ces processus sur la terre, les océans et l’atmosphère, à des intervalles de temps différents, pour produire des scénarios des conditions futures.

La science du climat est l’étude du changement: la découverte du système climatique a coïncidé avec l’apparition de méthodes permettant de suivre les changements climatiques. À partir de la fin des années 50, l’avènement de l’analyse des carottes de glace a révolutionné le domaine, alors que des scientifiques tels que Dansgaard et Wally Broecker lisaient les archives de la Terre dans la cryosphère. L'ampleur et le taux des impacts humains sur le climat ne pourraient être déchiffrés qu'une fois que le changement climatique naturel (glaciations et périodes plus chaudes) aura été pleinement compris. Avec l’introduction de l’analyse isotopique, les carottes de glace et d’autres données paléoclimatiques sont devenues des critères précieux pour la vérification de l’incertitude climatique future.

Les eaux du monde démontre à quel point la science appauvrie pourrait devenir si elle était dépouillée de l'histoire des personnes qui l'ont façonnée. Alors que nous vivons une crise climatique de notre propre chef, le livre révèle comment les chercheurs, au cours de plus de 150 ans, ont défini et mesuré les processus qui nous ont amenés ici – et nous ont apporté les connaissances dont nous avons besoin pour limiter leurs pires impacts.

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