Les glaciations : CO2 ou astronomie ?

Calottes de glace de l’hémisphère nord aujourd’hui (en noir) et leur extension maximale (en gris) pendant les cycles climatiques du Quaternaire.

Avec la découverte des périodes glaciaires au XIXème siècle, il est devenu évident que le climat de la Terre n’est pas figé et peut changer au cours du temps. Dès lors, deux principales théories se sont opposées pour expliquer de tels changements climatiques. Depuis l’antiquité, les astronomes savent qu’il existe un troisième mouvement de la Terre, outre la rotation (cycle diurne) et la révolution (cycle annuel) de notre planète. Puisqu’il existe des changements de température flagrants associés aux deux premiers cycles, ce troisième mouvement, appelé la précession des équinoxes (cycle de 25 700 ans), pouvait peut-être lui aussi générer des variations climatiques. Le Français Joseph Adhémar, l’Anglais James Croll et plus tard le Serbe Milutin Milankoviç ont ainsi élaboré des théories pour expliquer les cycles glaciaires, prenant progressivement en compte les autres paramètres astronomiques, l’excentricité et l’obliquité. D’après ces théories, ce sont les calottes de glace qui seraient affectées par ces paramètres. Ces énormes masses glacées auraient ensuite un impact sur le climat de la planète, notamment à cause de leur albédo très élevé. Ce sont donc les calottes de glaces qui changent le climat global. Il  était également bien admis à la fin du XIXème que l’effet de serre joue un rôle capital pour le climat de la Terre. On a ainsi remarqué que le cycle du carbone avait dû connaître des changements importants dans l’histoire de la Terre et que ces changements avaient causé des variations climatiques conséquentes. Ainsi, une diminution de la concentration de CO2 aurait pu causer les périodes glaciaires et une augmentation aurait pu provoquer les périodes chaudes. Ainsi, Arrhénius fut le premier, en 1896, à calculer l’influence du CO2 sur le climat. Contrairement aux théories astronomiques, c’est le climat global qui modifie l’étendue des calottes.

Lors de la dernière déglaciation, la température en Antarctique et le CO2 atmosphérique augmentent quelques milliers d’années avant la remontée du niveau de la mer correspondant à la fonte des calottes, ce qui n’entre pas facilement dans le cadre de la théorie astronomique des cycles glaciaires.

Ainsi, pendant un siècle et demi, ces deux théories du climat se sont affrontées. C’est seulement dans les années 1970 que la cyclicité astronomique a été confirmée. Les grands cycles climatiques des derniers millions d’années sont bien rythmés par l’astronomie. Néanmoins, il apparaît aussi que les mécanismes impliqués ne sont pas linéaires. Dans les années 1980-1990, les forages de glace en Antarctique ont démontré que le CO2 atmosphérique variait lui aussi selon ces mêmes cycles. Lors de la dernière déglaciation, le CO2 augmente de façon importante bien avant que les calottes ne fondent de façon significative comme cela est indiqué sur la figure. Cause, conséquence, ou plus vraisemblablement les deux à la fois ? En tout cas, il est maintenant nécessaire de réconcilier les deux théories des cycles glaciaires en formulant des théories qui couplent à la fois l’évolution des calottes de glace, le climat et le CO2 atmosphérique. L’un des pères (méconnu) des systèmes dynamiques chaotiques, Barry Saltzmann, s’y est essayé dès les années 1980, en proposant diverses versions de modèles conceptuels climat-carbone-calotte dans lesquels les cycles glaciaires proviennent d’une oscillation interne de ce système couplé. Des travaux récents tendent également à valider cette idée d’une synthèse des deux théories. Brève rédigée par Didier Paillard (LSCE) d’après ses propres travaux. Pour en savoir plus :

• D. Paillard, F. Parrenin. (2004), Le paradoxe de la fonte des glaces. La Recherche , vol. Hors Série n°15, pp. 28-31.
• D. Paillard, (2002), La bascule climatique. Pour la Science,  vol. 292 (292), pp. 23.
• Paillard. Climate and the orbital parameters of the Earth. C. R. Geoscience (2010) vol. 342 pp. 273-285 [en anglais].
• Le Climat et CO2 une confirmation venue du passé sur le blog de Sylvestre Huet.
• Brèves connexes : Les cycles de Milankovitch, Réchauffement climatique ou fin d’une période glaciaire ?, Hasard et glaciations.

Crédits Images : Wikimedia Commons, Didier Paillard.

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