Une bombe concernant le réchauffement climatique global

http://www.technologyreview.com/articles/04/10/wo_muller101504.asp?trk=nl

Par Richard Muller,
Professeur de Physique à l’Université de Berkeley, Californie
Consultant pour la Sécurité Nationale des USA

Octobre 2004

Traduction : Bernard Beauzamy, Société de Calcul Mathématique S.A.

Le progrès en science provient quelquefois des grandes découvertes. Mais la science avance aussi lorsque nous apprenons que quelque chose que nous croyions vrai est en réalité faux. Quand nous reconstituons un puzzle, la solution peut quelquefois être faussée par le fait que nous avons mis une mauvaise pièce à un endroit-clef.

Dans le débat scientifique et politique concernant le réchauffement climatique global, la mauvaise pièce la plus récente pourrait être la “crosse de hockey”, le graphique (cf. figure ci-dessous) publié par Michael Mann et ses collègues, spécialisés en sciences de la Terre à l’Université du Massachussetts. Ce graphique entend montrer que nous subissons actuellement le climat le plus chaud en un millénaire, et que la Terre , après être restée tempérée pendant des siècles aux époques médiévales, a commencé brutalement à se réchauffer il y a 100 ans environ, juste au moment où la combustion du charbon et du pétrole ont conduit à une augmentation des niveaux de CO2 dans l’atmosphère.

J’ai parlé de ceci en détail dans mon article de décembre 2003. Malheureusement, la discussion sur ce graphique a été si polluée par une frénésie politique et activiste que l’on peut difficilement atteindre le débat scientifique. Mon article plaidait pour qu’on laisse la science travailler sans l’attaquer. Malheureusement, le sujet est d’une telle importance que les précautions scientifiques sont difficiles à respecter.

Mais maintenant voici un choc : les scientifiques canadiens Stephen McIntyre et Ross McKitrick ont découvert une erreur mathématique fondamentale dans le programme d’ordinateur qui a servi à produire la “crosse de hockey”. Dans sa publication d’origine concernant ce graphique, Mann expliquait qu’il utilisait une méthode statistique standard, appelée Analyse en Composantes Principales (ACP) pour trouver les éléments significatifs dans un ensemble de plus de 70 enregistrements climatiques.

Mais ce n’était pas le cas. McIntyre et McKitrick ont vu une partie du programme utilisé par Mann, et ils ont trouvé de sérieux problèmes. Non seulement le programme ne fait pas une ACP au sens habituel, mais il normalise les données d’une façon erronée : c’est la seule façon de le dire.

Maintenant, voici un nouveau choc. Cette normalisation impropre tend à accentuer toutes les données qui ont une forme de crosse de hockey et à supprimer toutes les données qui ne l’ont pas. Pour démontrer cet effet, McIntyre et McKitrick ont créé des données-test sans signification et sans tendance. Cette méthode pour générer des données aléatoires s’appelle une procédure de “Monte-Carlo”, du nom du fameux casino, et elle est couramment utilisée en analyse statistique pour tester des procédures. Lorsque McIntyre et McKitrick ont nourri la procédure de Mann avec ces données aléatoires, ce qui est sorti avait une forme de crosse de hockey !

Cette découverte a fait sur moi l’effet d’une bombe, et je soupçonne qu’elle a le même effet sur beaucoup d’autres personnes D’un seul coup, la crosse de hockey, l’argument de base de la communauté du réchauffement global, devient un artefact, dû à une mauvaise conception mathématique. Comment ceci a-t-il pu se produire ? Que s’est-il passé ? Permettez-moi une courte digression technique pour voir comment cette erreur incroyable a pu se produire.

Dans l’analyse en composantes principales, et dans les techniques similaires, chacun des ensembles de données (en l’occurrence, environ 70) est modifié en soustrayant la moyenne, de manière à avoir une moyenne nulle, et ensuite est multiplié par un nombre de manière à ce que la variation autour de la moyenne soit égale à 1 ; en jargon technique on dit que chaque ensemble de données est normalisé de manière à avoir une espérance nulle et une variance égale à 1. Dans une ACP standard, chaque ensemble de données est normalisé sur la période entière où les données ont été recueillies. Pour les données climatiques clé que Mann a utilisées pour créer son graphe en forme de crosse de hockey, cette période était l’intervalle 1400-1980. Mais le programme informatique utilisé par Mann n’a pas fait la normalisation de cette manière. Au lieu de cela, il a forcé chaque ensemble de données à avoir une moyenne nulle sur la période 1902-1980 et à s’ajuster aux données historiques sur cette intervalle. C’est la période pendant laquelle la température historique est bien connue, si bien que cette procédure garantit effectivement l’échelle de température la plus précise. Mais cela a complètement faussé l’ACP. En effet, l’ACP se préoccupe principalement des ensembles de données qui ont une variance élevée, et la procédure de normalisation de Mann tend à donner une variance élevée à tout ensemble de données qui a une forme de crosse de hockey. (De tels ensembles de données ont une moyenne nulle sur la période 1902-1980, mais pas sur la période plus longue 1400-1980.)

Le résultat en pratique : la “composante principale” aura la forme d’une crosse de hockey même si ce n’est pas le cas pour la plus grande partie des données.

McIntyre et McKitrick soumirent leur analyse détaillée pour publication dans la revue Nature, et elle fut soumise à referee de manière approfondie. Mais leur papier fut finalement rejeté. Par dépit, McIntyre et McKitrick rendirent public leur article et les rapports des referee, sur une page Web :

http://www.uoguelph.ca/~rmckitri/research/fallupdate04/update.fall04.html

Si vous y jetez un coup d’oeil, vous verrez que McIntyre et McKitrick ont trouvé bien d’autres problèmes dans l’analyse de Mann. J’ai mis en évidence l’erreur dans l’analyse en composantes principales parce qu’elle est évidente et facile à comprendre. Apparemment, Mann et ses collègues n’ont jamais testé leur programme avec l’approche Monte-Carlo standard, sans quoi ils auraient découvert l’erreur eux-mêmes. D’autres critiques, différentes, de la crosse de hockey apparaissent progressivement (voir par exemple l’article de Hans von Storch et de ses collègues dans la revue Science, 30 septembre 2004).

Certains peuvent regretter que McIntyre et McKitrick n’aient pas publié leurs résultats dans un article à referee. C’est vrai, mais ce n’est pas faute d’avoir essayé. De plus, leur papier a été lu par des rapporteurs, et, mieux, les rapports sont disponibles. Le seul écheec de McIntyre et McKitrick a été de ne pas convaincre Nature que leur papier était assez important pour publication.

Comment cette bombe affecte-t-elle nos idées concernant le réchauffement climatique global ?

Certainement, elle ne nie pas la menace d’un accroissement, à long terme, des températures globales. En fait, McIntyre et McKitrick prennent soin d’insister sur le fait qu’il est difficile de tirer des conclusions à partir de telles données, même avec leurs corrections. Y a-t-il eu un réchauffement global aux âges médiévaux ? Le consensus, le mois dernier, était que non. Maintenant, la réponse correcte est que personne ne sait. Mettre en évidence les erreurs dans l’analyse de Mann ne clôt pas le débat ; bien plutôt, cela l’ouvre à nouveau. Nous en savons moins que nous ne le pensions, à propos de l’histoire du climat et des ses fluctuations naturelles sur des échelles de plusieurs siècles.

Si vous vous sentez concernés par le réchauffement global (c’est mon cas) et si vous pensez que le CO2 produit par l’homme peut y contribuer (comme je le pense), vous serez d’accord sur le fait qu’il vaut bien mieux avoir brisé la crosse de hockey. La désinformation peut faire beaucoup de mal, parce qu’elle déforme les prédictions.

Supposez par exemple que les mesures futures pendant les années 2005-2015 montrent une orientation claire vers le refroidissement (ceci peut se produire). Si, par erreur, nous avions pris la crosse de hockey au sérieux, c’est à dire si nous avions cru que les fluctuations naturelles du climat étaient faibles, alors nous aurions pu conclure, par erreur, que le refroidissement ne pouvait pas être une fluctuation aléatoire, par dessus un réchauffement global, puisque, selon la crosse de hockey, de telles fluctuations sont négligeables. Et, à partir de cela, nous aurions pu en déduire, de manière erronée, que les prédictions de réchauffement global n’ont aucun sens. A l’inverse, si nous rejetons la crosse de hockey et si nous reconnaissons que les fluctuations naturelles peuvent être importantes, nous ne serons pas trompés par quelques années de refroidissement aléatoire.

Une crosse de hockey trompeuse est plus dangereuse qu’une crosse brisée, si nous savons qu’elle est brisée. C’est notre responsabilité, en tant que scientifiques, de regarder les données de manière directe, et d’en tirer toutes les conclusions qui s’ensuivent. Lorsque nous trouvons une erreur, nous la reconnaissons comme telle, nous en tirons les conséquences et, peut-être, nous découvrons une fois encore la valeur de la prudence.