L’ampleur des extrêmes et le changement climatique… si on se basait sur des données ?

La science du climat et le climatoscepticisme : deux façons différentes de valider ses affirmations.

2018 a connu  un été de beau temps presque ininterrompu,  pour le bonheur des vacanciers, mais le malheur des agriculteurs,  ce troisième mois d’août le plus chaud depuis le début des mesures et la sécheresse inhabituelle (cf meteosuisse)


Fig 1 : Température journalière à Genève et moyenne de la période 1981-2010  [img]. Source :meteosuisse
Ces extrêmes suscitent des débats au café du coin et parfois dans les salles des maîtres entre climatosceptiques et défenseurs du développement durable – que Genève a introduit dans les buts de la loi sur l’instruction publique art. 10 :  d’éveiller chez les élèves « l’attachement aux objectifs du développement durable ».

Quel genre de débat ?

Placer le débat sur le plan idéologique, ou en terme de querelle d’experts (« mon expert est plus expert que le tien ») c’est-à-dire un argument d’autorité, ce n’est pas faire de la science. Ni équiper nos élèves d’esprit critique que de dénigrer systématiquement toutes les données, preuves et experts, ni leur enseigner l’adhésion aux indignations de l’enseignant.
La science est débat, mais une forme de débat spécifique, basée sur des données, mises en perspective avec les méthodes et les hypothèses sur lesquelles  reposent ces méthodes et une discussion rigoureuse de la portée et des limites de ces affirmations (Toulmin, 1958).  Ce débat-pour-apprendre  se distingue du débat-pour-gagner (Fisher, et al. 2018 ici.pdf) tellement fréquent en politique, dans les médias et … dans les récréations.

Des données issues de la recherche  …

Cette publication Exprériment@l-Tremplins  veut offrir quelques récentes recherches pour faciliter le travail des enseignants qui veulent aider les élèves à discuter en termes de  » sur la base de quoi vous affirmez cela ?  » Et « Comment ces résultats ont-ils été obtenus ?  » et « Y a-t-il d’autres interprétations possibles de ces données ?  »
Dans l’avalanche de publications sur ce sujet nous avons sélectionné pour vous deux publications de chercheurs de l’UNIGE et une autre qui pourraient aider à poser des débats en classe.  Nous vous proposons un tremplin vers la science : Jump-to-science.

Des données actuelles sur la fréquence des évènements extrêmes

Les extrêmes climatiques sont plus fréquents

Un article de Coumou, D., & Rahmstorf, S. (2012)  analyse la fréquence d’évènements extrêmes de chaleur  et de précipitation  dans un article de Nature Climate Change ici.
L’article recense dans une table p. 492 les évènements record et leurs impacts (l’été 2003 qui a causé 70’000 morts en Europe par exemple).
L’article étudie ensuite si ces extrêmes de température, de précipitations et d’orages peuvent mis en rapport avec le réchauffement climatique « Here, we ask the simpler question of whether the unprecedented extremes observed during the past decade are related to climatic warming »L’étude s’appuie sur le fait que la fréquence des évènements (dépassant un seuil déterminé) révèle un changement de climat : ils disent plus précisément

« In a stationary climate, the number of threshold-exceeding extremes should remain constant over time. Therefore, if a trend is detected in their number then this can be attributed to non-stationarity, that is, climatic change.  »

Sébastien Castelltort indique que ce point est central pour comprendre l’article : « Dans un climat stationnaire (i.e. qui ne change pas), le nombre d’évènements extrêmes (i.e. définis comme excédent un certain seuil) reste normalement constant au cours du temps. Donc, si une tendance est détectée dans leur nombre (à la baisse ou à la hausse), cela peut être associé à une non-stationnarité du climat, i.e. un changement climatique »

Coumou, D., & Rahmstorf, S. (2012) ont donc compilé les données  disponibles pour établir ces variations de fréquences et les variations du climat pour déterminer les corrélations et discuter les causalités sur la base de modèles bien établis par exemple (Sébastien Castelltort (p. 493) précise que  « Super-Clausius-Clapeyron » signifie  les précipitations augmentent de plus que 7% avec 1°C d’augmentation de T°. Une des explications invoquées est de lier cet effet à l’augmentation des phénomènes convectifs locaux qui augmente aussi avec la T° »)  .

Ils ont aussi compilé la fréquence des extrêmes de température (cf. Fig 1a) établi la fréquence pour chaque décennie des étés extrêmes (ceux dont la température dépasse le 95ème percentile de la distribution 1500-2002) : cf. Fig 1b
the running decadal frequency of extreme summers, defined            as those with a temperature above the ninety-fifth percentile            of the 1500–2002 distribution. A ten-year smoothing is            applied
une image vaut mille mots ... mais peut être interprétée          de mille manières
Fig 2: En haut (a) fréquence des extrêmes de température et la répartition normale. b)fréquence pour chaque décennie des étés extrêmes (ceux dont la température dépasse le 95ème percentile de la distribution 1500-2002)  [img]. Source :Coumou, D., & Rahmstorf, S. (2012)

Ils concluent avec la prudence des scientifiques sérieux

« Many lines of evidence — statistical analysis of observed data, climate modelling and physical reasoning — strongly indicate that some types of extreme event, most notably heatwaves and precipitation extremes, will greatly increase in a warming climate and have already done so. »
Et ajoutent quand même pour les gens pressés que ces données étayent fortement le fait que des extrêmes de chaleur  et de précipitation sans précédent se manifestent et sont liés à l’action de l’homme :
«   the evidence is strong that anthropogenic, unprecedented heat and rainfall extremes are here »

Nous espérons avoir donné au lecteur l’envie de lire  cet article (que les membres peuvent obtenir) et d’y trouver les données pour leurs élèves

L’analyse des effets et l’ampleur des débordements de rivières  – notamment dans les pays montagneux

D’autres chercheurs de l’UNIGE ont étudié les traces de débordements de rivières résultant de réchauffement climatiques  dans le passé  (Chen, C.,  … Castelltort, S., 2018))  – dans l’idée que cela peut aider à estimer les effets du réchauffement en cours sur nos régions aux pieds de montagnes importantes. Ils ont étudié l’enregistrement sédimentaire déposé au front des Pyrénées alors qu’elles étaient en formation il y a 56 Millions d’années. image-3.jpgEt en français ?

  • Un excellent article dans le journal de l’UNIGE à propos de cette publication  : Le réchauffement du Paléocène a dévasté les Pyrénées espagnoles
    Il y a 56 millions d’années, une augmentation de la température globale de 5 à 8 degrés sur vingt mille ans a provoqué des crues qui ont dévasté une région entière au nord de l’Espagne. Un avant-goût du réchauffement climatique bien plus rapide qui se prépare

Quelques extraits de cette très bonne vulgarisation pour vous donner envie d’aller lire l’article d’origine :

Un réchauffement global a eu lieu il y a 56 millions d’années (PETM). En  10 000 à 20 000 ans à peine, la température moyenne de la planète a augmenté de 5 à 8 degrés et des palmiers se sont mis à pousser au pôle Nord
Sebastien Castelltort et son équipe ont mesuré la taille de milliers de galets charriés par des cours d’eau fossiles des Pyrénées espagnoles, qui permettent d’observer les anciens chenaux de rivières et d’en connaître la largeur à ces époques lointaines. Grâce à la relation directe qui existe entre cette valeur et la pente des rivières, les chercheurs ont pu calculer la profondeur et le débit de ces dernières.
Ces traces indique que le réchauffement a transforme profondément le paysage et produit  des crues exceptionnelles,  tous les 2 à 3 ans, qui étaient jusqu’à 14 fois plus importantes qu’auparavant. Les rivières se sont élargies, parfois de façon spectaculaire, passant ainsi parfois de 15 mètres à 160 mètres de largeur conduisant à la disparition de la végétation au profit d’un décor de galets. Un scénario catastrophe que décrit un article paru le 6 septembre dans la revue Scientific Reports Chen, C., … Castelltort, S. (2018). ici.
Figure 4,,Channel width and depth data recorded before              and during the PETM in the Esplugafreda sector. Ribbon              channels (width/depth <15) dominate the pre-PETM deposits              (blue dots). The range of possible active flow width during              PETM braid-belt deposition is obtained from PETM              single-story width estimates (orange dots) and modern river              data (white and grey squares).
Fig 3 :Largeur et  profondeur des canaux enregistrées avant et pendant le PETM. la figure montre bien la différence entre avant (points bleus) et après  (points orange)  et actuel (carrés blancs et gris). Cf légende complète ici [img]. Source :  Chen, C., … Castelltort, S. (2018).

Sachant que les derniers modèles climatiques prévoient même une augmentation de la température globale jusqu’à 100 fois plus rapide que durant cet évènement on peut s’interroger…

Sébastien Castelltort  précise que « Là, c’est dans le passé, i.e. pas une prédiction, mais plutôt du « journalisme scientifique » au sens où nous sommes allés voir ce qui s’est passé, et nous fournissons des chiffres. »
Il avertit :  «Avec une multiplication par 14 de l’amplitude des crues, nous nous trouvons face à des effets que nous ne comprenons pas. Ils s’expliquent peut-être par des facteurs locaux ou encore par des effets qui ne sont pas encore incorporés dans les modèles climatiques actuels. Notre étude prouve en tout cas que les risques associés au réchauffement climatique sont plus importants qu’on ne le pense généralement.» —

En scientifique prudent il évoque les limites de cette étude :  » Question de l’analogie avec le futur, la Terre va t’elle répondre comme elle a répondu ? »

Sébastien Castelltort annonce l’ouverture du Terrascope, hébergé pour l’instant par le Physiscope mais qui rejoindra le Scienscope à l’automne 2019

Et en français ?

The Conversation Academic rigour, journalistic flair.(Malgré son nom ce site publie des articles en français : )

Quelle part pour les causes humaines dans ces évènements climatiques ?

Une news par Schiermeier, Q. (2018) ans  Nature (ici) présente une sources intéressante qui compile et aide à s’informer sur les recherches établissant la part causée par l’humain (anthropogénique) des évènements climatiques extrêmes. La News présente une compilation par Nature.  Ils renvoient vers les articles d’origine. Cette figure 4 synthétise leurs conclusions :
les causes humaines des phénomènes métorologiques
une image vaut mille mots ... mais peut être interprétée          de mille manières
Fig 4: Une compilation par Nature (2004-2018) de recherches sur la part causée par l’humain (anthropogénique) des évènements climatiques  [img]. Source : Schiermeier, Q. (2018).

Apprendre à vivre avec l’incertitude quantifiée : un devoir citoyen pour l’enseignement des sciences ?

Ces articles mettent bien le doigt sur la difficulté : le public (ou est-ce les médias?) veut des réponses simples. or le monde est complexe.
Apprendre aux élèves à se faire une opinion sur des probabilités dans un monde d’incertitudes est certainement un  des enjeux les plus cruciaux de l’éducation citoyenne.

« De nombreux climatologues (y compris nous-mêmes) répondent régulièrement à des appels de médias suite à des événements extrêmes : en disant qu’un événement particulier ne peut pas être directement attribué au réchauffement climatique. Cela est souvent mal compris par le public, comme si cela signifiait que l’événement n’est pas lié au réchauffement climatique, alors même que c’est peut-être le cas – nous ne pouvons tout simplement pas en être certains. Si un dé pipé s’arrête sur un six, nous ne pouvons pas dire que ce résultat particulier est dû à la tricherie – la question est mal posée. Ce que nous pouvons dire, c’est que le nombre de six lancés est plus grand avec les dés pipés (peut-être même beaucoup plus grand). De même, la probabilité de certains types de conditions météorologiques extrêmes augmente dans un climat en réchauffement (peut-être même beaucoup). L’attribution n’est pas une question de « oui ou non » comme les médias pourraient préférer, c’est une question de probabilité. Il est très probable que plusieurs des extrêmes sans précédent de la dernière décennie ne se seraient pas produits sans le réchauffement climatique anthropique. Une analyse détaillée peut fournir des chiffres spécifiques pour certains types d’extrême, comme dans les exemples discutés ci-dessus. » Comou, 2012).

Sebastien Castelltort ajoute que pour lui un événement particulier doit être intégré aux statistiques et ne doit pas être vu en isolation des autres, et c’est ainsi qu’en répertoriant les événements individuels on peut commencer à voir des tendances s’affirmer ou s’infirmer. Si une tendance se dessine, chaque événement, plus que « lié » ou pas au changement climatique, « est » le changement climatique.

Comment débattre en classe ces questions vives

Développer l’esprit critique c’est vaste et ambitieux… il y a d’innombrables définitions souvent basées sur Ennis, R. H. (1991). je retiens ici accepter de discuter de manière raisonnée et mettre en perspective ses idées préalables pour entendre les autres arguments rationnels et émotionnels.  Le débat est souvent évoqué en classe mais s’il est pavé de bonnes intentions, il peut conduire à polariser les opinions, à les modifier par les rôles qu’on attribue à chaque groupe, ce qui est éthiquement discutable.  Par ailleurs les recherches en neurosciences mettent bien en évidence un effet crucial des émotions dans la construction des opinions et les questions morales : l’empathie émotionnelle suscitée par la situation focalise sur un aspect du problème et ignore toutes les autres perspectives y compris la raison (Bloom, P., 2017). Ignorer ce fait c’est passer à coté d’une part importante du processus qui conduit aux décisions, et n’aide pas à former des citoyens qui  peuvent intégrer les résultats de la science décisions.
Il ne s’agit donc pas d’ignorer les émotions, mais d’apprendre à comprendre les raisons de celles des autres (empathie cognitive) (Shamay-Tsoory, S. G., et al., 2009).  Et les intégrer raisonnablement avec d’autres informations dans ses décisions.

Une méthode éprouvée pour gérer le débat-pour-apprendre

La controverse constructive (Johnson, D. W., & Johnson, R. T. 2009) est une méthode éprouvée pour gérer le débat de manière constructive (débat-pour-apprendre)

La controverse constructive que je me suis permis d’adapter à la science et pratiquée dans des classes du secondaire II  pourrait être décrite ainsi :

Présenter ou faire élaborer le problème à traiter suffisamment pour que les élèves comprennent bien la question elle-même et les enjeux (les articles ci-dessus en feraient partie … et d’autres.)

Former deux groupes A et B; attribuer la position pro à A et anti à B pour commencer

1)  En groupe identifier les termes des enjeux : en faveur – défaveur
dériver les arguments : chacun des groupes A et B prépare la meilleure présentation possible de la position qui lui est attribuée (cherche à présenter les arguments scientifiques de manière convaincante : sur la base de quelles données repose l’interprétation les limites et la portée de ces conclusions pour l’argument)
2) le groupe A présente la position  pro le groupe B  pose des Q° de clarification, écoute la présentation note les forces / faiblesses et les écrit
2′) B présente la position contre , A écoute la présentation note  les forces / faiblesses par écrit

3) discussion ouverte : écouter les arguments de l’autre (noter), réfuter donnée et les raisonnements trouver failles,

4) renverser la perspective attribuer la position pro à B et anti A :
chacun des groupe prépare la meilleure présentation de sa nouvelle position (cherche à présenter de manière persuasive et convaincante)

5) le groupe A présente la position contre,  l’autre  pose des Q° de clarification B écoute la présentation note  les forces / faiblesses par écrit
5′) le groupe B présente la position pro, A écoute la présentation note les forces / faiblesses par écrit

6) Synthèse : produire une liste d’arguments avec les forces . On peut éventuellement décider d’une réponse commune (c’est ce que propose Johnson & Johnson ) ou laisser chacun se construire une opinion.

Peut-être qu’on devrait apprendre à Trump cette méthode ?

(Les membres Expériment@l-Tremplins peuvent obtenir ces articles…).

Références:

  • Bloom, P. (2017). Empathy and Its Discontents. Trends in Cognitive Sciences, 21(1), 24-31. doi: 10.1016/j.tics.2016.11.004
  • Buchs, C., L. Filisetti, Fabrizio Butera, and A. Quiamzade. « Comment L’enseignant Peut-Il? Organiser Le Travail De Groupe? ». In Comprendre Les Apprentissages. Sciences Cognitives Et Éducation, edited by E. Gentaz and P. Dessus, 169-83. Paris: Dunod, 2004.intranet.pdf
  • Coumou, D., & Rahmstorf, S. (2012). A decade of weather extremes. Nature Climate Change, 2(7), 491‑496. https://doi.org/10.1038/nclimate1452
  • Chen, C., Guerit, L., Foreman, B. Z., Hassenruck-Gudipati, H. J., Adatte, T., Honegger, L., … Castelltort, S. (2018). Estimating regional flood discharge during Palaeocene-Eocene global warming. Scientific Reports, 8(1), 13391. https://doi.org/10.1038/s41598-018-31076-3
  • Ennis, R. H. (1991). Critical Thinking: A Streamlined Conception. In: Teaching Philosophy, 14(1).
  • Fisher, M., Knobe, J., Strickland, B., & Keil, F. (2018). Vous avez dit débat constructif ? Cerveau et Psycho, N° 103, Octobre 2018, p. 78‑82. https://www.cerveauetpsycho.fr/sd/psychologie-sociale/vous-avez-dit-debat-constructif-14718.php | extraits intranet.pdf
  • Johnson, D. W., & Johnson, R. T. (2009). Energizing learning: The instructional power of conflict. Educational Researcher, 38(1), 37. https://doi.org/10.3102/0013189X08330540Intranet.pdf
  • Klimecki, O., & Singer, T. (2013). Empathy from the Perspective of Social Neuroscience. In J. Armony & P. Vuilleumier (Eds.), The Cambridge Handbook of Human Affective Neuroscience (pp. 533-550). Cambridge: Cambridge University Press.
  • Schiermeier, Q. (2018). Droughts, heatwaves and floods: How to tell when climate change is to blame [News]. https://doi.org/10.1038/d41586-018-05849-9
  • Shamay-Tsoory, S. G., Aharon-Peretz, J., & Perry, D. (2009). Two systems for empathy: a double dissociation between emotional and cognitive empathy in inferior frontal gyrus versus ventromedial prefrontal lesions. Brain: A Journal of Neurology, 132(Pt 3), 617-627. doi: 10.1093/brain/awn279
  • Toulmin, S. (1958). The uses of argument: Cambridge Univ Press.
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