Les cycles de Milankovitch

Le Soleil a une influence sur le climat de la Terre.

L’étude des climats passés apporte des informations sur l’évolution future du climat. Plusieurs scientifiques, dont Milankovitch, ont émis l’idée que les variations passées du climat de la Terre sont liées à l’insolation, c’est-à-dire la quantité d’énergie solaire reçue. L’insolation varie avec les changements subis par l’orbite de la Terre, qui découlent surtout de l’influence gravitationnelle de Jupiter et Saturne. En première approximation, ces variations peuvent être modélisées par une superposition d’oscillations périodiques. Ces oscillations sont appelées les cycles de Milankovitch. Lors de ces cycles, la quantité de radiation solaire reçue par différentes régions de la Terre varie et affecte les climats locaux ou globaux.

L’orbite de la Terre décrit une ellipse caractérisée par plusieurs paramètres. Les cycles sont essentiellement gouvernés par trois de ces paramètres orbitaux : l’excentricité, l’obliquité et la précession, qui varient chacune avec des périodes distinctes. L’excentricité est un nombre compris entre 0 et 1 : plus elle est proche de 1 et plus l’orbite ressemble à un cercle ; plus elle est proche de 0 et plus l’orbite est aplatie. Ainsi, l’excentricité est liée aux variations de la distance Terre-Soleil et elle a donc une influence sur la durée des saisons. L’obliquité est l’inclinaison de l’axe de la Terre : lorsque l’obliquité décroit, les hivers sont plus doux et les étés plus frais. Enfin, l’axe de la Terre a un mouvement de précession, c’est-à-dire de rotation autour d’un axe perpendiculaire au plan de l’écliptique, un peu comme la toupie de Kovalevskaya.

L’excentricité varie au travers d’une superposition de cycles de périodes allant de 100 000 à 413 000 ans. L’obliquité de l’axe de la Terre varie avec une période de 41 000 ans. La précession est gouvernée par plusieurs paramètres et sa période moyenne est de l’ordre de 21 000 ans. D’autres cycles se superposent à ceux déjà mentionnés.

Evolution au cours du temps des paramètres de l’orbite terrestre,
du flux d’énergie solaire, et cycles de glaciation

La cyclostratigraphie cherche à mettre en évidence ces cycles dans les climats passés, en analysant les sédiments. Par exemple, la figure montre la comparaison entre les variations d’insolation (cycles orbitaux) et les cycles glaciaires. Pour analyser les sédiments (glaciaires, océaniques, géologiques), on utilise l’analyse spectrale, qui permet de trouver les fréquences contenues dans un échantillon temporel, ou encore de mettre en évidence ses périodicités. La transformée de Fourier discrète en particulier permet d’exprimer la série temporelle comme une somme de cycles, et d’en déterminer les périodes. On compare ensuite les résultats obtenus avec les principales périodes orbitales.

Cependant, l’influence des cycles de Milankovitch sur le climat est encore mal comprise, notamment car les composants du système climatique (océans, atmosphère, continents, etc.) réagissent différemment aux variations d’insolation. De plus, pour prévoir le climat futur, les variations d’insolation ne suffisent pas et il faut également tenir compte de l’impact des activités humaines sur l’effet de serre.

Brève rédigée par Christiane Rousseau (Univ. Montréal).

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