Le cours est destiné à comprendre les principaux outils d'observation et de simulation du système climatique. Il comporte une phase de cours initiaux, une phase d'exposés par des intervenants extérieurs, mais aussi un travail bibliographique plus personnel. Celui-ci est destiné à confronter chaque étudiant à un problème scientifique ouvert ayant des implications socio-politiques, et à montrer la difficulté et l'exigence du diagnostic expert que le scientifique peut être amené à donner.

Le système climatique fait partie des systèmes naturels les plus complexes. Il comprend plusieurs fluides (l'atmosphère, l'océan, les rivières), mais aussi des solides lentement déformables (les grands glaciers, les couches superficielles du sol). Tous ces éléments sont en interactions sous l'effet de processus physiques, chimiques ou biologiques. La biosphère est de fait l'un des éléments clef du cycle de l'eau et du carbone, et elle obéit à des mécanismes d'évolution qui lui sont propres.

L'ensemble de ce système évolue de manière naturelle et ces évolutions, tantôt ordonnées, tantôt chaotiques, se manifestent à toutes les échelles de temps sous l'effet de mécanismes assez différents: échelle de l'histoire de la planète (dérive des continents, modification de la chimie atmosphérique par le développement de la vie), échelle du Quaternaire (variations d'origine astronomiques), ou encore échelle des derniers siècles ou millénaires (volcanisme, fluctuations de l'intensité du flux solaire, couplages entre atmosphère et océan, ...).

Par ailleurs, dès les années 70 la communauté scientifique a pris conscience des risques croissants qu'une modification du climat soit également produite par les activités humaines, qu’il s’agisse de l’érosion des sols (soupçonnée d’avoir contribué aux sécheresses récurrentes qui ont marqué le Sahel), de l’augmentation des gaz à effet de serre ou de celle des aérosols. Des programmes de recherches internationaux ont été mis en place au cours des années 80 pour essayer de distinguer l'évolution qui serait liée aux activités humaines de l'évolution naturelle - et anticiper les risques futurs liés à ces évolutions.

Les outils de cette recherche ont associé la modélisation numérique (outil de compréhension et de prévision, qui prend ici une forme particulièrement complexe), et un effort coordonné d’observation (avec la mise en place en 30 ans d’un système international associant mesures au sol et observations satellitaires).

L’objet du cours est d’évaluer notre capacité à prédire l'évolution d'un tel système, en distinguant en particulier :
- la prévisibilité des grands modes de fluctuations naturelles du climat qui sont actifs aux échelles saisonnières et inter-annuelles (mousson, El Niño)
- les processus qui peuvent déterminer l'évolution du climat à l'échelle du ou des siècles à venir
- l'impacts de ces changements (sur l'hydrologie ou la biosphère en particulier)
- l’apport de la connaissance des climats du passé pour évaluer l'évolution des climats futurs

L’enseignement est organisé autour de 4 cours initiaux:
1. Description et explication des fluctuations naturelles du climat. Contraintes énergétiques.
2. Modèles numériques du climat
3. Application des modèles climatiques à la prévision météorologique ou saisonnière
4. Application des modèles climatiques aux scénarios d'évolution pluri-décennale.
Ces cours sont prolongées par des interventions de chercheurs extérieurs, portant par exemple sur le cycle du carbone, ou des exemples régionaux destinés à illustrer les difficultés de l'adaptation aux changements climatiques (Chine, Afrique, ...)

Par ailleurs chaque étudiant choisit un thème d'étude bibliographique personnel. Par exemple: rôle du volcanisme, évolution climatique à différentes échelles de temps sur une région donnée, caractérisation de la montée du niveau de l'océan, rôle de la biosphère dans les évolutions futures, etc... Des thèmes seront suggérés, mais les étudiants sont libres de faire un choix plus personnel. Chaque sujet sera abordé d'abord au travers d'articles de recherche en anglais, puis mis en situation vis-à-vis d'enjeux sociétaux plus larges. Ce processus est guidé par des rendez-vous avec l'enseignant.

Deux présentations des résultats sont effectuées: l'une courte, devant l'ensemble des élèves, pour partage et débat (au cours de la 9ème séance), l'autre plus longue (une demi-heure environ) au titre de l'examen. Le but de ces exposés est de montrer la difficulté - mais aussi la nécessité - de l'expertise scientifique dans ces domaines.

Dernière mise à jour : vendredi 5 avril 2013