Article de François Beny (IGE 2022-23)

Sècheresses, incendies, canicules, averses de grêles, inondations. Cet été, la Terre nous a durement rappelé qu’un changement climatique était à l’œuvre. D’après le sixième rapport d’évaluation du Groupe Intergouvernemental d’expert sur l’Evolution du Climat (GIEC), la température de l’atmosphère s’est réchauffée de 1.1°C depuis la Révolution industrielle (Masson Delmotte et al., 2021). Selon la quantité de gaz à effet de serre que l’humanité libèrera, un réchauffement de 1.5°C à 5°C pourrait être atteint d’ici la fin du siècle (Masson Delmotte et al., 2021). Mais au fond, qu’est-ce que ces changements représentent ? +5°C, est-ce juste un automne doux et un pull en moins, ou un changement radical du visage de notre planète ? A l’occasion du démarrage de la 27^e conférence des parties (COP, Conference of Parties) à la convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques, faisons un petit bond de quelques centaines de milliers d’années en arrière, et penchons-nous sur ce que les variations climatiques passées peuvent nous apprendre sur notre avenir.

« 800 000 ans de variations abruptes du climat » Barker et al., 2011

Remontons à l’époque de l’âge de la glace la plus ancienne encore existante sur Terre : il y a 800 000 ans. Nous sommes alors à la fin du Pléistocène inférieur, et la Terre s’apprête à connaître une succession de périodes glaciaires et interglaciaires qui comptent parmi les variations climatiques les plus rapides qu’elle ait connues. Durant ces huit centaines de milliers d’années, de longues périodes froides, les périodes glaciaires, vont être entrecoupées de courtes périodes moins froides, les périodes interglaciaires. Cette succession nous amènera jusqu’au dernier interglaciaire qui a débuté il y a 11 700 ans : l’Holocène. Ce dernier a vu la naissance de l’agriculture, la sédentarisation de l’humanité, et l’avènement et l’effondrement de nombreuses civilisations comme celles des Égyptiens, des Grecs, des Mayas et des Romains.

 

 

 

A l’origine de ces cycles glaciaires et interglaciaires se trouvent des variations de la distribution et de la quantité d’énergie apportée par le Soleil à la Terre : l’insolation. Cette dernière est le résultat de changements cycliques des trois paramètres de Milankovitch. Le premier est l’excentricité qui correspond à la variation de la forme de l’orbite terrestre. Selon des cycles de 100 000 ans et 400 000 ans, cette orbite évolue entre une forme légèrement elliptique et une forme circulaire. Le second, l’obliquité, correspond à la variation de l’angle de rotation de la Terre selon un cycle de 41 000 ans. Au cours du temps, cet axe de rotation décrit également un mouvement conique (comme une toupie), c’est ce qu’on appelle la précession, le troisième paramètre de Milankovitch. Ce mouvement conique se répète selon un cycle de 21 000 ans environ. Toutefois, si l’on compare les variations de températures enregistrées en Antarctique (courbe verte sur le graphique) avec les variations de l’insolation (à 10°N, courbe rouge sur le graphique), il est évident que ces courbes ne sont pas les mêmes. Plus précisément, la température réagit de manière non linéaire aux variations de l’insolation. Il manque donc des coupables et, bien qu’il en existe de nombreux, le principal d’entre eux est l’océan (Watson et al., 2000 ; Köhler and Fischer, 2006 ; Wolff et al., 2006 ; Ahn and Brook, 2008 ; Anderson et al., 2009 ; Fischer et al., 2010 ; Skinner et al., 2010 ; Martinez-Garcia et al., 2014 ; Menviel et al., 2014, 2017).

 

 

 

 

Quel rôle joue l’océan dans le climat ? Le moins que l’on puisse dire, c’est que ce rôle est extrêmement complexe, et qu’il faudrait bien plus que ce court article pour l’expliquer. Toutefois, il n’est pas nécessaire de le comprendre dans son ensemble pour appréhender l’essentiel de son rôle sur les cycles glaciaires et interglaciaires. Aujourd’hui, les courants marins profonds ont une organisation qui est similaire à la structure des autres périodes interglaciaires. Pendant les périodes glaciaires, cette structure était toutefois différente (Weber et Drijhout., 2007 ; Vasquez Riveiros et al., 2010 ; Waelbroeck et al., 2011 ; Howe et al., 2016). Cette différence a une importance toute particulière puisque pendant les périodes interglaciaires comme aujourd’hui, l’océan profond est capable d’échanger avec l’océan de surface et l’atmosphère, ce qui n’est pas toujours le cas pendant les périodes glaciaires. L’océan profond se retrouve alors isolé, ce qui lui permet de stocker énormément de dioxyde de carbone (CO₂) sous forme dissoute en profondeur. Sous certaines conditions, l’océan profond, riche en CO₂ dissout, peut alors se retrouver subitement en contact avec l’atmosphère et libérer ce CO₂, causant ainsi une augmentation de l’effet de serre (Kohler and Fischer, 2006; Ahn and Brook, 2008; Fischer et al., 2010; Adkins et al., 2013, Beny et al., in prep). Cette augmentation amplifie alors le réchauffement initié par l’augmentation de l’insolation, ce qui permet de mettre en place plusieurs boucles de rétroaction (comme la baisse de l’albédo lié à la fonte des glaces) entrainant un réchauffement brutal de la planète : c’est alors une terminaison glaciaire.

 

Maintenant que nous avons vu les causes principales de ces changements climatiques passés, attardons-nous sur ce que cela peut nous apprendre sur l’état futur du climat. Sur le graphique, il est possible de voir que les terminaisons glaciaires comptent parmi Comparer la vitesse de ces changements aux changements climatiques actuels semble donc utile pour prendre la mesure de la rapidité du changement climatique causé par l’humanité, ainsi que son ampleur. Appuyons nous sur l’exemple du Pôle Sud. Sur le graphique, l’écart de température entre les périodes glaciaires et les périodes interglaciaires peut atteindre 12°C en Antarctique, zone particulièrement sensible aux changements climatiques. Un réchauffement global de 4°C en 2100 par rapport à 1850 entrainerait un réchauffement local de 14°C dans certaines régions de l’Arctique (Masson-Delmotte et al., 2021). Ceci est très similaire à la variation de 12°C en Antarctique entre les périodes glaciaires et interglaciaires, et pour cause : le réchauffement global qui a eu lieu lors de la dernière terminaison glaciaire est estimé entre 4 et 7°C (Masson-Delmotte et al., 2021). Comparer le visage de la Terre antérieur à la dernière terminaison glaciaire avec celui de la Terre postérieur à cette terminaison permet donc de se faire une idée du niveau de changement auquel il faut s’attendre d’ici à 2100 si un réchauffement supérieur à 4°C par rapport à 1850 venait à être atteint.

 

La dernière terminaison glaciaire

Suivons ce fil et remontons « seulement » 20 000 ans en arrière, au dernier maximum glaciaire. A l’époque, le visage de la Terre était bien différent. D’immenses calottes glaciaires recouvraient le Nord de l’Amérique, et le Nord de l’Eurasie. L’Europe ressemblait à la Sibérie d’aujourd’hui. Désolé pour les fans de bières brunes : pas de Guinness à Dublin à l’époque puisqu’elle gisait sous plusieurs centaines de mètres de glace. En raison de toute cette eau piégée sous forme de calotte glaciaire sur les continents, le niveau marin était plus bas qu’aujourd’hui : 130 mètres de moins, rien que ça ! La conséquence, c’est qu’en Europe, la Manche et la Mer du Nord étaient à sec. A la place, coulait un immense fleuve qui se jetait dans l’Atlantique au Nord de la Bretagne actuelle, et dont le Rhin, la Tamise et la Seine n’étaient que des affluents. Ce fleuve, c’était le Paléofleuve Manche. Les paléoclimatologues ont reconstruit des cartes qui donnent une idée de ce à quoi cela pouvait ressembler, comme celle des scientifiques de l’IFREMER donnée ci-dessous. Voilà pour la photo.

 

 

 

Bien que cette carte puisse être dépaysante et en faire rêver certains, elle n’en reste pas moins inquiétante : c’est une reconstitution de l’Europe avant qu’elle ne connaisse un changement climatique d’amplitude similaire à ce que nous pourrions connaitre entre 1850 et 2100. Elle nous permet de visualiser l’ampleur du changement à venir si l’humanité ne limite pas ses émissions de gaz à effet de serre. Maintenant, la question est : que s’est-il passé pour que la Terre se transforme et ait le visage qu’elle a aujourd’hui ?

Il y a 20 000 ans, alors que l’océan profond est dans sa structure glaciaire, l’insolation de l’hémisphère Nord commence à remonter progressivement, causant un réchauffement de l’hémisphère Nord. Ce petit réchauffement cause le début de la fonte des calottes polaires (Toucanne et al., 2015). Il y a environ 18 000 ans, cette fonte s’accélère, entrainant une immense débâcle d’icebergs dans l’Atlantique Nord : c’est ce qu’on appelle un évènement de Heinrich. Le cumul de ces icebergs et de l’augmentation du débit des rivières de l’époque sont responsables de l’apport d’une immense quantité d’eau douce et froide dans le Nord de l’océan Atlantique, provoquant une perturbation colossale de la circulation océanique profonde dans tout l’Océan Atlantique. L’océan est alors en train de passer de son état glaciaire à son état interglaciaire et se met à rejeter d’immenses quantités de CO₂ dans l’atmosphère. Cette perturbation est si importante que l’hémisphère Nord connaît un refroidissement qui perdurera jusqu’à il y a environ 14 500 ans, et ce malgré le fait que l’insolation et la concentration en CO₂ atmosphérique augmentent. Une fois cet évènement terminé, l’hémisphère Nord connait une période chaude appelé Bolling Allerod. Pendant cet intervalle chaud, l’océan arrête temporairement de libérer du CO₂ dans l’atmosphère. Ce qui met fin à cette pause chaude, il y a 12 500 ans, c’est un nouvel évènement de Heinrich. Bien que plus court, il possède les mêmes caractéristiques que le premier de la déglaciation : une débâcle d’iceberg dans le Nord de l’Océan Atlantique, un océan qui relâche du CO₂, et un refroidissement de l’hémisphère Nord. Cet évènement de Heinrich, aussi appelé Dryas Récent durera jusqu’à il y a 11 700 ans et constitue la dernière oscillation froide de la déglaciation. Cette dernière laisse place à l’interglaciaire dans lequel nous vivons aujourd’hui : l’Holocène.

 

Pendant l’ensemble de la déglaciation, la température de la Terre dans son ensemble, s’est réchauffée de 4 à 7°C en l’espace de 8 000 ans environ. Le changement climatique moderne, c’est +1.1°C depuis 170 ans (Masson Delmotte et al., 2021), et probablement +3.2°C d’ici à 2100 (Shukla et al., 2022). En faisant quelques calculs, cela nous dit que depuis 1850, le climat s’est réchauffé 7 à 14 fois plus rapidement que pendant la dernière déglaciation, et qu’il va probablement se réchauffer 14 à 26 fois plus rapidement en regardant la période 1850-2100. Et oui, nous comparons ici le changement climatique anthropique à une des variations les plus rapides qu’a connue naturellement la Terre.

 

L’Holocène, une stabilité toute relative

Entrons maintenant dans cette période si stable qu’est l’Holocène qui a vu la naissance de l’agriculture, la sédentarisation de l’humanité, l’avènement et l’effondrement de nombreux empires. Stable ? Pas tant que ça. Le début de l’Holocène est marqué par une insolation importante dans l’hémisphère Nord. Globalement, c’est la période la plus chaude de l’Holocène avant que l’humanité ne commence à s’amuser avec les combustibles fossiles. Les conditions d’humidité sur Terre sont également différentes de ce qu’elles sont aujourd’hui.
La bande de précipitations associée à la mousson Africaine remonte très loin au Nord pendant l’été boréal, et très peu au Sud pendant l’été austral. Cela signifie que le Sud de l’Afrique est plus sec qu’aujourd’hui, et que le Nord de l’Afrique est plus humide. A l’époque, le Sahara était vert. N’imaginez cependant pas une forêt luxuriante à la place des paysages arides d’aujourd’hui, mais plutôt des paysages de savanes parcourus par des cours d’eau qui n’existent plus et dont les vestiges sont aujourd’hui sous les dunes de sable (Skonieczny et al., 2015). Progressivement, l’insolation va diminuer dans l’hémisphère Nord, déplaçant les précipitations vers le Sud, si bien qu’à partir d’il y a 8200 ans, le désert recommence à gagner du terrain et la Terre se refroidit légèrement (quelques dixièmes de degré tout au plus). Environ 3000 ans plus tard, le Sahara a un visage à nouveau proche de celui qu’on lui connaît aujourd’hui. C’est la fin de l’épisode de Sahara vert.

 

En plus de ces changements progressifs, il existe également des évènements assez rapides et brutaux pendant l’Holocène. C’est le cas de ce que les paléoclimatologues appellent l’évènement 8.2ka (ka signifiant kilo années, retenez qu’il a eu lieu il y a 8200 ans). Cet évènement est particulièrement intéressant au regard du changement climatique actuel, car il est similaire à ce qui pourrait arriver dans les prochaines décennies si nous franchissons un point de bascule menant à l’effondrement de la circulation océanique Atlantique. Ainsi, il y a environ 8200 ans, au Nord du Canada, ce qui reste de la calotte polaire de l’époque glaciaire s’effondre. Le problème, c’est qu’un morceau de cette calotte piégeait une quantité importante d’eau de fonte sur le continent, un peu comme un barrage pour un lac. Ce barrage de glace aurait alors cédé, libérant une quantité d’eau douce colossale dans l’Atlantique Nord, coupant ainsi la circulation océanique atlantique pendant quelques centaines d’années. Les conséquences observées à l’époque : une montée du niveau de la mer de plusieurs dizaines de centimètres en raison de l’eau libérée dans l’océan, un assèchement de l’Europe, un affaiblissement des phénomènes de moussons en Afrique du Nord, en Inde, et en Asie du Sud Est, et à l’inverse, une augmentation des phénomènes de moussons au Sud de l’Amérique du Sud, et au Sud de l’Afrique. Grâce à cette connaissance, il est assez simple de se représenter les conséquences d’un franchissement de ce point de bascule, et c’est d’ailleurs très exactement les conséquences qu’attends le GIEC (exception faite de l’élévation du niveau marin) en cas d’effondrement futur de cette circulation océanique.

 

 

Pour finir sur l’Holocène, faisons un dernier saut dans le temps, et remontons sur des périodes moins lointaines. Sur les deux derniers milliers d’années, quelques variations climatiques ont été observées, cette fois en raison de modifications de l’activité solaire. Ces dernières ont eu des conséquences relativement importantes sur l’agriculture, ou même la géopolitique. Tout d’abord, une période d’activité solaire relativement importante a été observée entre le X^e siècle et la première moitié du XIV^e. Cette époque est appelée l’Optimum Climatique Médiéval, et pour cause : on pouvait cultiver la vigne dans le Sud de l’Angleterre. A l’époque, le climat était relativement plus chaud : seulement environ 0.2°C de plus que le climat d’avant la révolution industrielle. 0.2°C, c’est peu, tellement peu que l’Homme n’est pasncapable de déceler une variation de température aussi faible. Pourtant, cela a permis d’installer des vignes plusieurs centaines de kilomètres au Nord de là où nous pouvions les cultiver avant la révolution industrielle. Vient ensuite un affaiblissement généralisé de l’activité solaire : la température mondiale baisse d’environ 0.2°C pour atteindre le niveau moyen de 1850 (Masson Delmotte et al., 2021) : c’est le Petit Âge Glaciaire. Pendant cette période, l’Europe a connu de nombreux hivers rigoureux, détruisant de nombreuses récoltes, et causant de la disette voire de la famine. Bien que l’activité solaire ne soit pas la seule responsable des hivers plus rigoureux, il n’en reste pas moins que ce changement climatique a créé les conditions favorables à des émeutes de la faim, qui sont d’ailleurs une des causes de la révolution française de 1789. 0.2°C, c’est peu, mais le visage géopolitique de l’Europe aurait peut-être été bien différent sans ce changement. Ce Petit Âge Glaciaire prendra fin au début de la révolution industrielle vers le milieu du XIX^e siècle.

 

Le mot de la fin

Des grands cycles glaciaires-interglaciaires de plusieurs degrés, aux petites oscillations Holocène de quelques dixièmes de degré, l’histoire a laissé des indices qui nous permettent de comprendre ce que les changements climatiques futurs nous réservent. Que ces changements soient faibles ou pas, leurs conséquences peuvent, elles, être majeures. Les terminaisons glaciaires sont la parfaite illustration du fait qu’il existe des limites à ne pas dépasser pour éviter que la machine climatique terrestre s’emballe. Comme disait Karl Marx, celui qui ne connait pas l’Histoire est condamné à la revivre. La paléoclimatologie est au climat ce que l’Histoire est aux civilisations, connaître le passé permet d’envisager des futurs afin de s’y préparer.

 

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