L'épidémie de tornade mortelle qui a ravagé les communautés de l'Arkansas à l'Illinois dans la nuit du 10 au 11 décembre 2021 était si inhabituelle dans sa durée et sa force, en particulier pour décembre, que beaucoup de gens, dont le président américain, se demandent quel rôle le changement climatique pourrait avoir joué et si les tornades deviendront plus fréquentes dans un monde qui se réchauffe.

Les deux questions sont plus faciles à poser qu'à répondre, mais la recherche offre de nouveaux indices.

Je suis un spécialiste de l'atmosphère qui étudie les violentes tempêtes de convection comme les tornades et les influences du changement climatique. Voici ce que la recherche scientifique montre jusqu'à présent.

Les modèles climatiques ne peuvent pas encore voir les tornades, mais ils peuvent reconnaître les conditions des tornades

Pour comprendre comment la hausse des températures mondiales affectera le climat à l'avenir, les scientifiques utilisent des modèles informatiques complexes qui caractérisent l'ensemble du système terrestre, du flux d'énergie solaire à la façon dont le sol réagit et tout le reste, d'année en année et de saison en saison. Ces modèles résolvent des millions d'équations à l'échelle mondiale. Chaque calcul s'additionne, nécessitant bien plus de puissance de calcul qu'un ordinateur de bureau ne peut gérer.

Pour projeter comment le climat de la Terre changera d'ici la fin du siècle, nous devons actuellement utiliser une large échelle. Pensez-y comme à la fonction de zoom d'un appareil photo regardant une montagne lointaine. Vous pouvez voir la forêt, mais les arbres individuels sont plus difficiles à distinguer, et une pomme de pin dans l'un de ces arbres est trop petite pour être vue même lorsque vous agrandissez l'image. Avec les modèles climatiques, plus l'objet est petit, plus il est difficile à voir.

Les tornades et les violentes tempêtes qui les créent sont bien en deçà de l'échelle typique que les modèles climatiques peuvent prédire.

Ce que nous pouvons faire à la place, c'est examiner les ingrédients à grande échelle qui rendent les conditions propices à la formation de tornades.

Deux ingrédients clés des tempêtes violentes sont (1) l'énergie entraînée par l'air chaud et humide favorisant de forts courants ascendants, et (2) la vitesse et la direction changeantes du vent, connues sous le nom de cisaillement du vent, qui permettent aux tempêtes de devenir plus fortes et de durer plus longtemps. Un troisième ingrédient, plus difficile à identifier, est un déclencheur de la formation d'orages, comme une journée très chaude ou peut-être un front froid. Sans cet ingrédient, tous les environnements favorables ne conduisent pas à de violentes tempêtes ou tornades, mais les deux premières conditions rendent encore plus probables les violentes tempêtes.

En utilisant ces ingrédients pour caractériser la probabilité de formation de violentes tempêtes et de tornades, les modèles climatiques peuvent nous renseigner sur l'évolution du risque.

Comment les conditions de tempête sont susceptibles de changer

Les projections des modèles climatiques pour les États-Unis suggèrent que la probabilité globale d'ingrédients favorables aux tempêtes violentes augmentera d'ici la fin du 21e siècle. La raison principale est que le réchauffement des températures accompagné d'une augmentation de l'humidité dans l'atmosphère augmente le potentiel de forts courants ascendants.

La hausse des températures mondiales entraîne des changements importants pour les saisons que nous considérons traditionnellement comme produisant rarement des conditions météorologiques extrêmes. Des augmentations plus fortes de l'air chaud et humide en automne, en hiver et au début du printemps signifient qu'il y aura plus de jours avec des environnements propices aux orages violents - et lorsque ces orages se produisent, ils ont le potentiel d'être plus intenses.

Ce que montrent les études sur la fréquence et l'intensité

Sur des zones plus petites, nous pouvons simuler des orages dans ces climats futurs, ce qui nous rapproche de la question de savoir si de violentes tempêtes se formeront. Plusieurs études ont modélisé l'évolution de la fréquence des tempêtes intenses pour mieux comprendre cette modification de l'environnement.

Au cours des dernières décennies, nous constatons déjà des changements vers des conditions plus favorables aux tempêtes violentes pendant les saisons plus fraîches, tandis que la probabilité de formation de tempêtes en été diminue.

Pour les tornades, les choses se compliquent. Même dans une prévision par ailleurs exacte pour le lendemain, rien ne garantit qu'une tornade se formera. Seule une petite fraction des tempêtes produites dans un environnement favorable produira une tornade.

Plusieurs simulations ont exploré ce qui se passerait si une épidémie de tornade ou une tempête produisant une tornade se produisait à différents niveaux de réchauffement climatique. Les projections suggèrent que des tempêtes plus fortes et produisant des tornades pourraient être plus probables à mesure que les températures mondiales augmentent, bien qu'elles se renforcent moins que ce à quoi on pourrait s'attendre de l'augmentation de l'énergie disponible.

L'impact d'un degré de réchauffement

Une grande partie de ce que nous savons sur la façon dont le réchauffement climatique influence les violentes tempêtes et les tornades est régionale, principalement aux États-Unis. Toutes les régions du monde ne verront pas les changements dans les environnements de tempêtes violentes au même rythme.

Dans une étude récente, des collègues et moi avons constaté que le taux d'augmentation des environnements de tempêtes violentes sera plus élevé dans l'hémisphère nord et qu'il augmente davantage à des latitudes plus élevées. Aux États-Unis, nos recherches suggèrent que pour chaque 1 degré Celsius (1,8 F) d'augmentation des températures, une augmentation de 14 à 25 % des environnements favorables est probable au printemps, en automne et en hiver, avec la plus forte augmentation en hiver. Cela est principalement dû à l'augmentation de l'énergie disponible en raison des températures plus élevées. Gardez à l'esprit qu'il s'agit d'environnements favorables, pas nécessairement de tornades.

Qu'est-ce que cela dit sur les tornades de décembre ?

Pour savoir si le changement climatique a influencé la probabilité ou l'intensité des tornades lors de l'épidémie de décembre 2021, il reste difficile d'attribuer un seul événement comme celui-ci au changement climatique. Des influences à plus court terme comme El Niño-Oscillation australe peuvent également compliquer le tableau.

Il y a certainement des signaux pointant vers un avenir plus orageux, mais la façon dont cela se manifeste pour les tornades est un domaine de recherche ouvert.