Au rythme de la voix, la grande craie blanche parcourt le tableau de trois mètres de large et y dessine des rectangles, des cercles, des flèches et des segments pour les relier. « J’adore les tableaux noirs, j’adore le son qu’ils font, s’amuse Bjorn Stevens. Ils sont mieux en tous points que les tableaux blancs, qui les ont pourtant remplacés un peu partout. Une preuve que le progrès technologique ne nous conduit pas toujours dans la bonne direction ». Sur les mains du scientifique, aucune trace de talc ne reste après les démonstrations. Il s’est assuré que son bureau soit fourni en quantités constamment renouvelées de craies Hagoromo, une vénérable marque japonaise – la « Rolls Royce » des cylindres blancs.
En quelques minutes, voici griffonné à grands traits, dans ce non moins grand bureau à vue panoramique d’un immeuble du centre de Hambourg, le champ de bataille des modèles climatiques. Ces outils très complexes sont les fenêtres par lesquelles l’humanité peut jeter un œil anxieux sur la planète qui nous attend pour le siècle à venir. Des modèles mathématiques qui s’efforcent de prédire les comportements futurs de l’atmosphère, de l’océan, des glaciers ou des forêts, créés à partir des lois de la physique et de masses immenses de données prélevées par avions, satellites ou bouées. Ils sont le cœur du réacteur des projections du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (Giec), qui se déclinent en hypothèses optimistes – que se passe-t-il si la température mondiale n’augmente que de 1,5 °C ou 2 °C ? – ou plus pessimistes, dans le cas où l’humanité ne parviendrait pas à réduire ses émissions de CO2.
Bjorn Stevens, ancien auteur principal du fameux rapport, en est un spécialiste mondialement reconnu. Il nous reçoit en tant que directeur de l’Institut Max-Planck de météorologie. Un poste de roi de la savane climatique – son prédécesseur immédiat et fondateur, Klaus Hasselmann, a décroché le Nobel de physique 2021 pour ses travaux sur la modélisation du climat.
Des conflits ouverts
Ces dernières années, avec l’explosion des capacités de calcul et l’arrivée de l’intelligence artificielle, cette futurologie a été exposée à de grandes mutations et à un appétit croissant pour le gigantisme, avec des modèles à très haute résolution, qui demandent une immense puissance de calcul pour « résoudre » toujours plus minutieusement des phénomènes climatiques planétaires. Une évolution qui ne va pas de soi et suscite parmi les scientifiques des sentiments extrêmement divers, voire des conflits ouverts. Et pose une question : jusqu’à quel niveau de précision la science est-elle en mesure de prédire une chose aussi chaotique que le climat ?
Avec sa barbe de trois jours et son blue-jean, Bjorn Stevens est en ce clair matin d’octobre 2025 particulièrement inspiré. Il est certes reconnu par ses pairs pour ses travaux sur le rôle des aérosols et des nuages de basse altitude dans le réchauffement climatique. Mais s’il y a bien un trait qui distingue ce scientifique – américain par son père et allemand par sa mère –, ce serait plutôt son talent de conteur.
« Voyez-vous, dit-il tout en se levant pour parcourir sa bibliothèque. Au XIXe siècle, les gens partaient du port d’Hambourg explorer les océans à bord de grands voiliers. Ils transportaient toutes sortes de choses – du cacao, du sucre de canne, etc. Et bien sûr, ils pouvaient être frappés en chemin par des événements météorologiques très divers. Ainsi, le climat avait une valeur marchande. » Il s’arrête, saisit un petit ouvrage illustré. « Ici, à Hambourg, un homme qui s’appelait Wladimir Köppen a changé beaucoup de choses. Il s’était mis à faire de grands tableaux et des cartes qui indiquaient le passage des cyclones tropicaux, des vents équatoriaux, auxquels les marins pouvaient se référer. En voici un exemple, dit-il en montrant sa trouvaille. Ces atlas ont joué un rôle décisif dans le développement du commerce. »
Le travail que son prédécesseur Wladimir Köppen a fait dans l’espace, Bjorn Stevens aimerait le faire dans le temps. Mettre à disposition des décideurs, mais aussi d’un assureur, d’une cheffe d’entreprise ou d’un simple citoyen, des informations climatiques utilisables pour le futur du lieu où ils vivent, travaillent, construisent. « Les gens n’ont plus besoin de savoir quelle est la météo à l’autre bout du monde. La question à laquelle il faut désormais répondre, c’est, par exemple, est-ce que dans vingt ans Hambourg sera toujours un bon endroit pour créer une usine de transformation alimentaire ? »
Les gens ont besoin de savoir ce qui va arriver à leur montagne, si les algues vont envahir leurs côtes.
Bjorn Stevens, climatologue
Aujourd’hui, la science climatique ne permet pas vraiment de répondre. Les modèles conventionnels quadrillent les phénomènes de l’atmosphère ou de l’océan avec des mailles dont la taille moyenne est de 50 km, ce qui permet d’établir des prédictions statistiques sur les grandes tendances, comme l’augmentation des températures ou les niveaux de précipitation. Mais se révèlent peu performants pour comprendre des phénomènes plus localisés. « Cela ne signifie rien pour les gens de savoir que la température va augmenter de 1,5 °C ou de 2 °C à l’échelle planétaire, poursuit Bjorn Stevens. Ils ont besoin de savoir ce qui va arriver à leur montagne, si leur rivière va déborder, si les algues vont envahir leurs côtes. »
Le jumeau numérique du système Terre
C’est ici qu’intervient le mot magique : jumeau numérique. Ce terme désigne la représentation la plus fidèle possible d’un objet par informatique. Cela permet d’accomplir des batteries de tests et d’observation sur un ordinateur dans les conditions du réel. Par exemple, l’industrie automobile peut s’appuyer sur le clone numérique d’un modèle de voiture pour simuler les réactions du véhicule quand la température augmente, ou l’utilisation de nouveaux matériaux, etc. On peut aussi faire un jumeau numérique d’un réseau routier, afin d’analyser les flux et réguler les embouteillages. C’est la NASA qui invente le procédé lorsqu’elle développe, dans les années 1960, une simulation des conditions à bord de ses modules pour les missions lunaires du programme Apollo.
Depuis plusieurs années, Stevens défend la possibilité de réaliser un jumeau numérique du système Terre tout entier. Une réplique « un pour un » de la planète, construite à partir d’un gigantesque modèle de haute résolution, qui « résoudrait » les phénomènes physiques au kilomètre près, incorporerait les équations de l’atmosphère, des océans, des nuages, des précipitations, et pourrait faire des prévisions sur le siècle à venir à l’échelle la plus locale possible. Il n’est pas le seul : la NASA, elle aussi, couve depuis plusieurs années un projet équivalent.
Pour comprendre la matérialité de cette affaire, il faut traverser la rue depuis l’Institut Max-Planck, et se rendre dans l’immense bâtiment qui lui fait face. De l’autre côté du parvis se dresse, sur une quinzaine de mètres de haut, un grand rectangle gris qui pourrait être l’unité centrale d’un ordinateur de bureau pour titan. Le centre allemand de calcul climatique DKRZ (Deutsches Klimarechenzentrum) offre sa puissance informatique à son voisin et à de nombreuses autres institutions allemandes de sciences climatiques. Près de 3 000 ordinateurs connectés tournent à l’unisson, sous l’œil câlin du conservateur qui nous en fait la visite. De vastes archives conservent ensuite précieusement les futurs climatiques possibles simulés dans les nœuds de calcul. Dans une salle d’exposition, un petit globe terrestre tourne sur son axe alors qu’à sa surface, le manteau d’atmosphère s’étire à mesure que défilent, sur un petit écran, les décennies.
Mais pour savoir à quoi ressemble le jumeau numérique de la planète Terre, nul besoin d’imaginer un gigantesque globe lumineux exposé dans une salle de la Commission européenne et que les dirigeants pourraient consulter comme un oracle. Le nouvel atlas de Köppen dont rêve Bjorn Stevens ne sera pas non plus perdu dans une bibliothèque. « Il sera là-dedans », s’enflamme le climatologue en tapotant le téléphone posé sur la table basse. Dans le rêve du scientifique, grâce à l’intelligence artificielle qui n’a pas son pareil pour manœuvrer dans les masses immenses de données, chacun pourra interroger le jumeau planétaire et accéder aisément à des prédictions climatiques solides, depuis son smartphone.
« Bjorn a porté l’idée d’utiliser l’IA pour améliorer les modèles climatiques traditionnels, en particulier pour les prévisions à haute résolution », explique Mike Pritchard, directeur des recherches en simulation climatique chez le géant des puces Nvidia. En plus de vendre au monde entier ses très onéreuses cartes graphiques requises pour faire tourner les modèles, la firme américaine s’est lancée elle-même dans la course aux simulations climatiques fondamentales. Bjorn Stevens siège d’ailleurs à son conseil scientifique, à titre bénévole.
Aujourd’hui, le futur est littéralement à portée de main.
Margrethe Vestager, alors vice-présidente de la Commission européenne
Le 10 juin 2024, Margrethe Vestager, alors vice-présidente de la Commission européenne, a rendez-vous dans le pays forestier de Kajaani, à 550 km au nord d’Helsinki. Avec une ministre locale, elle est attendue au LUMI, un colossal superordinateur alimenté par énergie hydroélectrique qui a mis une partie de sa puissance de feu au service de «Destination Terre». Le projet de jumeau numérique du système Terre de la Commission européenne, au budget de 315 millions d’euros, pièce centrale du Pacte vert, a reçu le soutien de l’Institut Max-Planck et de son directeur, Bjorn Stevens.
« Cela marque un véritable tournant dans notre lutte contre le changement climatique, s’est réjouie la responsable danoise. Cela signifie que nous pouvons observer les bouleversements environnementaux qui peuvent nous aider à prédire des scénarios futurs comme nous ne l’avons jamais fait auparavant. Aujourd’hui, le futur est littéralement à portée de main. » Une édition spéciale publiée en fanfare par l’incontournable revue Nature en 2024, intitulée The rise of digital twins, acte la popularité de ces dispositifs dans le champ scientifique. Stevens y signe un article en majesté et réfléchit à la meilleure manière de permettre au grand public d’interagir avec ces entités.
Une barrière physique
Précision importante à ce stade, que le directeur du Max-Planck connaît évidemment : malgré les discours emphatiques de la Commission européenne, aucun modèle climatique ne prétend exactement voir le futur. « Au-delà de sept à dix jours, rappelle l’hydrologue Pierre Gentine, nul ne peut prédire exactement ce qu’il va se passer. » Jeune directeur d’un centre de recherche de pointe à l’Université Columbia de New York, le quadra est un pionnier de l’usage de l’intelligence artificielle dans les modèles météorologiques. Il a même été invité à l’Élysée par Emmanuel Macron, qui espérait en faire une prise d’élite de Choose France, son programme d’attraction de chercheurs internationaux – sans succès. « Passé dix jours, la seule chose que la science peut faire, c’est prédire de façon statistique, martèle-t-il. Ce n’est pas une question de puissance de calcul ou de technologie, c’est vraiment une barrière physique. Le chaos, l’effet papillon, le moindre changement météo peut avoir des implications énormes. »
Le climatologue s’est lancé il y a quelques années dans une start-up, Celest Science, basée à Montpellier, qui vend des prédictions statistiques du climat par intelligence artificielle. Mais son créneau temporel est plus mesuré que ceux de ses collègues : « De deux semaines à six mois ou un an, en gros, au-delà des prévisions météo, mais plus près de nous que les modèles climatiques classiques » : un horizon plus adapté « aux mandats des décideurs ». Il est en discussion avec des régions du sud de la France – sans préciser lesquelles – pour leur proposer un service de prévision d’événements extrêmes, comme les feux de forêt.
Les jumeaux numériques peuvent-ils devenir les oracles de notre monde troublé ? Les boules de cristal à travers lesquelles les gouvernants pourraient se mouvoir dans les soubresauts de nos émissions carbone, de nos implantations industrielles, et ainsi anticiper la montée des eaux et les crues des rivières ? David Stainforth ne cache pas son scepticisme. À l’université d’Oxford, ce scientifique se décrit comme un « weirdo » : un type bizarre, car, bien que physicien et spécialiste des modèles, il se sert des outils des sciences sociales pour les interroger. Son sujet à lui, c’est l’incertitude. La part d’ombre des modèles climatiques.
Dans son livre Predicting Our Climate Future, publié aux presses universitaires d’Oxford en 2023, il s’efforce de circonscrire l’ambition des modélisateurs. La science du changement climatique consiste à appréhender le comportement d’un système complexe et chaotique – la Terre – qui englobe tout, des nuages aux océans, en passant par les calottes glaciaires, les arbres, les sols, les écosystèmes, mais aussi les conséquences des actions humaines – les taux de croissance des pays, les émissions des industries, qui créent en retour d’autres interactions qui ont elles-mêmes des effets. La tâche de ramasser en équations ces forces interdépendantes est un vertige de complexité.
Une légère erreur peut se traduire par des informations complètement erronées cinquante ans plus tard.
David Stainforth, scientitfique
« Les modélisateurs pensent que s’ils parviennent à créer un modèle suffisamment gros, celui-ci pourra inclure tous ces processus physiques. Je ne crois pas qu’ils réalisent ce que ça veut dire, assure Stainforth. Quand je parle à des gens impliqués dans ce genre de projet, comme Bjorn Stevens, ils me donnent l’impression de réduire le problème climatique à un problème atmosphérique. Comme s’il suffisait de modéliser l’atmosphère correctement pour prévoir ce qu’il va se passer pendant les quatre-vingts prochaines années. » Ils feront un meilleur modèle que ceux qui existent déjà : ça, le chercheur britannique le reconnaît volontiers. « Mais personne, interroge-t-il aussitôt, ne pose la question de savoir à quel point il doit être meilleur. » Comprendre : pour qu’on puisse décemment s’y fier et construire les politiques publiques du siècle à venir. « Même avec un modèle moins incertain, une légère erreur peut se traduire par des informations complètement erronées cinquante ans plus tard. »
La carte plutôt que le territoire
La littérature offre une analogie classique de cet écueil. Une nouvelle fantastique de Jorge Luis Borgès où des cartographes se mettent à dessiner des représentations de plus en plus précises et exhaustives de leur empire. Jusqu’au moment où ces cartes, si ambitieuses, une fois dépliées, prennent la place du territoire lui-même. « Je la connais, celle‑là, interrompt Bjorn Stevens, presque agacé. Il y a aussi Lewis Caroll [l’auteur d’Alice au Pays des merveilles]. Les gens utilisent ces références pour m’expliquer pourquoi ce que je raconte n’a aucun sens. C’est que, voyez-vous, nous avons maintenant une autre dimension dans laquelle nous vivons : le numérique. Ce que Borgès n’avait pas… Dans son histoire, toute carte devait être dépliée dans la salle des cartes, et elle devenait plus grande encore que le royaume. Mais aujourd’hui, on peut déplier ces cartes dans la dimension numérique. Et je pense que ça contourne le paradoxe de Borgès… »
Mais on peut aussi prendre la parabole au sens métaphorique. La carte a remplacé le territoire, mettait en garde le philosophe Jean Baudrillard. Ce qui veut dire que le réel a été supplanté par sa représentation. Ainsi, les Occidentaux ne connaissent pas vraiment la guerre du Vietnam, en tant qu’événement d’un pays réel composé de vies réellement vécues, ils connaissent le film Apocalypse Now de Francis Ford Coppola, qui s’y est substitué.
Derrière l’image de ces cartes qui prendraient les dimensions d’un empire, et sur lesquelles les habitants finiraient par errer, est contenue l’idée qu’il existe toujours un risque, dans un monde où les médiations technologiques se multiplient, de confondre l’avatar avec ce qu’il est censé incarner. « Le problème que je vois avec les jumeaux numériques, c’est qu’ils ont tendance à se substituer au monde réel, explique David Stainforth. À force d’améliorer le modèle, on peut être tenté de les considérer comme la réalité elle-même. Or, le jumeau numérique d’un réseau de circulation autoroutier, par exemple, peut être maintenu au contact du réel, car il est informé en continu avec les données du trafic. Mais avec les modèles climatiques, on ne peut pas se fier aux observations. On extrapole ce à quoi ressemblerait Paris ou Londres en 2080. Or, les émissions de gaz à effet de serre poussent le système Terre dans un état où il ne s’est jamais trouvé auparavant. Nous savons seulement qu’il se comportera différemment. »
Ce terme de jumeau numérique… Objectivement, ça me rend dingue.
Pierre Gentine, climatologue
« Ce terme de jumeau numérique… Objectivement, ça me rend dingue. » Depuis Manhattan, à l’évocation des projets faramineux de ses collègues, le ton de Pierre Gentine est soudain monté. Par définition, développe-t-il, un jumeau numérique devrait permettre de tester des scénarios contrefactuels divers. Or, « les modèles haute résolution sont tellement coûteux en temps de calcul que, lorsqu’on lance une seule réalisation, on a déjà brûlé tout le “compute” [les ressources calculatoires disponibles] ». Cette contrainte empêche la phase essentielle d’ajustement (dite « tuning ») que Gentine, plus favorable à une multitude de petits modèles mis en concurrence, affectionne.
Les modèles haute résolution que défend Bjorn Stevens lui apparaissent donc comme des objets extrêmement coûteux, peu malléables, sur lesquels l’itération agile est rendue impossible. Mais même en matière de qualité de prédictions et de réduction de l’incertitude, il juge leur avantage tout à fait discutable. « L’idée que plus la résolution est fine, plus les simulations seront réalistes n’a rien d’une certitude. Ce n’est qu’une hypothèse ! » Il y a bien des avantages, reconnaît-il, en particulier pour la compréhension des précipitations. « Mais certains phénomènes critiques pour le climat – notamment les nuages bas et les stratocumulus – restent mal représentés, voire moins bien que sur les modèles basse résolution. »
Pour Stevens, le jumeau numérique n’a pas cette vocation d’exactitude. Il doit être quelque chose d’inachevé et de participatif. « Certains le voient d’une manière très technocratique, déterministe, une super machine qui dit tout ce qu’il va se passer. » Comme le jumeau numérique d’une puce électronique, qui peut simuler tout ce qui se trouve à l’intérieur de l’objet et imiter son comportement. « Pour moi, un jumeau numérique du système terrestre est un peu plus flexible, zigzague-t-il. Vous vous souvenez quand Apple Maps est sorti ? Parfois, les routes rentraient dans des immeubles ! Mais ils ont quand même sorti leurs cartes. Les choses deviennent vraiment bien après que les gens s’en emparent. »
Pas un élixir
Du 3 au 7 juillet 2023, une conférence unique se tenait à Berlin. L’acte de naissance d’EVE, pour Earth Visualisation Engine. L’article de recherche qui accompagne cet événement, signé d’une trentaine de climatologues de renom – Bjorn Stevens en première position – appelle à offrir une réponse au « déficit d’information climatique » dont souffrent les citoyens. Le projet EVE est de créer une gigantesque infrastructure numérique d’accès aux modèles planétaires en haute résolution qui pourrait « servir un spectre incroyable d’utilisateurs, des néophytes qui explorent aux experts scientifiques ». La haute résolution, poursuit le document, n’est pas un élixir ; mais, pour ce qui est d’améliorer la modélisation du système Terre, « aucune autre méthode scientifique ne s’en approche ». Car EVE, ce « télescope qui regarde le futur de notre propre planète », a un coût. Le document scientifique parle d’entre trois et cinq centres de modélisation, avec chacun un budget moyen de 300 millions de dollars (260 000 euros) par an. Puisqu’il est raisonnable d’imaginer que de tels centres seront actifs au moins dix ans, il s’agit d’un investissement total de 15 milliards.
« Quand je lis les présentations de Destination Terre, je ne pense qu’une chose : ils survendent. » Andrea Saltelli est un mathématicien italien spécialiste de modélisation, qui a fait sa carrière comme statisticien au sein de l’Union européenne. Il est l'auteur d'un article très critique, titré Bring Digital Twins Back to Earth : «Ramenons les jumeaux numériques sur terre !» Saltelli développe, avec une pointe d'ironie : « Je comprends qu’ils veulent promouvoir ce qu’ils font. Ils sont très intelligents. Ils veulent attirer plus de fonds. Ils ont une immense légitimité scientifique. Et, en prime, cette autorité morale d’être ceux qui vont sauver la planète... Ils sont très influents au sein du GIEC. D’aucuns diraient, trop. »
C’est de la folie. Ils sont en train d’aller au-delà de leur discipline.
Dave Stainforth, scientifique
De son côté, un climatologue français reproche à Bjorn Stevens de promettre une « boule de Nostradamus » que la science est incapable de délivrer. « Rien de tout cela n’aurait d’importance s’il ne s’agissait que d’un exercice scientifique, poursuit David Stainforth. Les scientifiques se trompent tout le temps, et c’est une bonne chose ; c’est ainsi que les choses progressent. » Mais là, souligne-t-il, ces projets pourraient être utilisés pour guider la société. « Et il est fort probable qu’il la guide dans la mauvaise direction. C’est de la folie. Ils sont experts dans leur discipline. Mais ils sont en train d’aller au-delà. Bjorn Stevens recherche le modèle parfait. »
De toutes ces critiques, le savant de Hambourg ne semble pas se préoccuper. « Je suis plus disposé que d’autres à faire ce saut dans l’inconnu », résume-t-il dans un sourire indéchiffrable. Il juge les débats vivifiants et nécessaires pour continuer de faire des découvertes, et s’amuse de la controverse que ses idées suscitent chez ceux qu’il appelle les « gardiens de la science ». Ceux-là mêmes qui l’accusent paradoxalement d’user de son autorité pour protéger un super modèle technocratique qui risque d’être invérifiable et d’empêcher d’autres initiatives concurrentes de naître.
Bjorn Stevens est néanmoins conscient que ses idées ont perdu un peu de traction, alors que le président américain Donald Trump a brutalement interrompu de nombreux programmes de financement de la recherche climatique. EVE, avoue-t-il, « est un peu dans le noir actuellement ». « Vous savez, conclut-il, désabusé, je me suis contenté de donner quelques idées. Mon temps ici est limité, je partirai un jour, et si la société préfère construire de plus grandes autoroutes, et bien tant pis. » Sans que l’on sache si le jumeau numérique du système Terre de Bjorn Stevens sera, pour revenir à sa nomenclature de virtuose de la craie japonaise, un tableau noir ou un tableau blanc.
