Cours complet : Les climats de la Terre : comprendre le passe pour agir aujourd'hui
Le climat de la Terre a considérablement varie au cours des temps geologiques, alternant entre periodes chaudes (periodes de greenhouse) et periodes froides (periodes de icehouse avec glaciations). Ces variations climatiques resultent de l'interaction entre des facteurs astronomiques, tectoniques, oceaniques et atmospheriques.
L'étude des paleoclimats repose sur l'analyse d'indicateurs ou proxys paleoclimatiques : isotopes de l'oxygene, pollens fossiles, cernes des arbres, bulles d'air piege dans les glaces. Ces archives naturelles permettent de reconstituer les conditions climatiques passees sur des echelles de temps allant de quelques annees a plusieurs millions d'annees.
Comprendre les variations climatiques passees est essentiel pour evaluer les changements climatiques actuels et futurs, et pour distinguer la composante naturelle de la composante anthropique du rechauffement actuel.
1. Les indicateurs paleoclimatiques
Les paleoclimatologues utilisent differents proxys pour reconstituer les climats passes. Les isotopes de l'oxygene (rapport 18O/16O, note delta18O) dans les carottes de glace et les foraminiferes sont les indicateurs les plus utilises. L'oxygene 18 (18O) est plus lourd que l'oxygene 16 (16O). Lors de l'evaporation, l'eau contenant 16O s'evapore preferentiellement.
Dans les carottes de glace, un delta18O plus negatif indique un climat plus froid (l'eau de mer enrichie en 18O evapore moins de 18O, la neige qui tombe aux poles est plus appauvrie en 18O). Dans les foraminiferes marins, un delta18O plus positif indique un climat plus froid (les oceans s'enrichissent en 18O quand le volume des glaces augmente).
Les pollens fossiles (palynologie) permettent de reconstituer la vegetation passee et donc le climat. Les cernes des arbres (dendrochronologie) indiquent les conditions de croissance annuelles. Les bulles d'air piege dans les glaces permettent de mesurer directement la composition atmospherique passee (CO2, CH4).
2. Les variations climatiques recentes : les cycles glaciaires
Au cours des derniers 2,6 millions d'annees (Quaternaire), le climat a oscille entre periodes glaciaires et interglaciaires avec une periodicite de 100 000 ans environ. Lors des glaciaires, les calottes de glace s'etendaient jusqu'aux latitudes moyennes (nord de l'Europe, Amerique du Nord). Lors des interglaciaires, les temperatures etaient proches des temperatures actuelles ou legerement supérieures.
Ces oscillations sont principalement controlees par les parametres orbitaux terrestres decrits par Milutin Milankovitch : l'excentricite de l'orbite (periodicite d'environ 100 000 ans), l'obliquite de l'axe de rotation (periodicite d'environ 41 000 ans) et la precession des equinoxes (periodicite d'environ 23 000 ans). Ces parametres modifient la repartition de l'ensoleillement a la surface de la Terre.
Les parametres de Milankovitch n'expliquent cependant pas a eux seuls l'amplitude des variations climatiques observees. Des retroactions amplificatrices interviennent : la variation de l'albedo (reflexion du rayonnement solaire par les glaces), la dissolution ou le degazage du CO2 oceanique, et les modifications de la circulation thermohaline.
3. Les variations climatiques a l'echelle des temps geologiques
A l'echelle de dizaines a centaines de millions d'annees, le climat a connu des variations majeures liees a la tectonique des plaques. La position des continents influence la circulation oceanique et atmospherique. La formation de chaines de montagnes (orogenese) expose des roches silicatees a l'alteration chimique, consommant du CO2 atmospherique.
L'activite volcanique est une source naturelle de CO2. Les periodes de fort volcanisme (points chauds, dorsales actives) correspondent a des periodes chaudes avec des concentrations elevees en CO2. A l'inverse, l'alteration des silicates consomme du CO2 : CaSiO3 + CO2 -> CaCO3 + SiO2. Ce mecanisme agit comme un thermostat a long terme.
Au Cretace (il y a environ 100 Ma), la concentration en CO2 etait 4 a 8 fois supérieure a la valeur preindustrielle, les temperatures moyennes etaient de 6 a 10 degres C plus elevees, et il n'y avait pas de calottes glaciaires aux poles. La Terre etait en mode greenhouse.
4. L'effet de serre et le changement climatique actuel
L'effet de serre naturel maintient la temperature moyenne de la Terre a environ 15 degres C au lieu de -18 degres C sans atmosphere. Les gaz a effet de serre (CO2, H2O, CH4, N2O, O3) absorbent le rayonnement infrarouge emis par la surface terrestre et le reemettent dans toutes les directions, rechauffant la basse atmosphere.
Depuis la revolution industrielle, les activites humaines (combustion de combustibles fossiles, deforestation, agriculture) ont augmente la concentration atmospherique de CO2 de 280 ppm (valeur preindustrielle) a plus de 420 ppm actuellement. La concentration en CH4 a plus que double. Ce renforcement de l'effet de serre est la cause principale du rechauffement climatique actuel.
Les modeles climatiques predisent un rechauffement de 1,5 a 4,5 degres C d'ici 2100 selon les scenarios d'emissions. Les consequences attendues incluent la montee du niveau marin, l'intensification des événements extremes, la modification des regimes de precipitations et la perturbation des ecosystemes.
Conclusion
Le climat de la Terre a varie a toutes les echelles de temps : cycles glaciaires-interglaciaires controles par les parametres de Milankovitch, variations a long terme liees a la tectonique des plaques et au cycle du carbone geologique. Le rechauffement actuel, cause par le renforcement anthropique de l'effet de serre, est sans précédent par sa vitesse et contraste avec les variations naturelles passees.
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