Les climats passés et futurs
Cours · SVT (terminale), chapitre 8 · terminale, spécialité sciences de la vie et de la Terre · le début du chapitre, la suite sur Adloun
L'étude du climat de la Terre montre que celui-ci n'a jamais cessé de varier au cours des temps géologiques. Des périodes glaciaires, où d'épaisses calottes de glace recouvraient une grande partie des continents, ont alterné avec des périodes plus chaudes appelées interglaciaires. Reconstituer ces climats passés est devenu possible grâce à l'analyse de nombreuses archives naturelles : carottes de glace, pollens fossiles, isotopes de l'oxygène ou encore cernes des arbres. La compréhension des mécanismes responsables de ces variations – comme les paramètres orbitaux de Milankovitch ou l'effet de serre – permet aujourd'hui d'interpréter le réchauffement climatique actuel, dont l'origine est très majoritairement anthropique. Enfin, les modèles numériques du climat, exploités par le GIEC, autorisent la projection de scénarios pour le climat futur et de leurs conséquences sur la planète et les sociétés humaines.
Ce chapitre vise à comprendre comment les scientifiques reconstituent les climats anciens, à identifier les causes naturelles des variations climatiques, à expliquer le rôle de l'effet de serre et de la perturbation anthropique, puis à présenter les principes de la modélisation du climat futur.
8.1 La reconstitution des climats passés
Le climat d'une époque révolue ne peut être mesuré directement. Les paléoclimatologues utilisent donc des indicateurs climatiques (ou « proxies »), c'est-à-dire des paramètres mesurables enregistrés dans des archives naturelles et corrélés à des conditions climatiques.
Un indicateur paléoclimatique est une grandeur physique, chimique ou biologique mesurable dans une archive naturelle (glace, sédiment, bois, calcaire) dont la valeur dépend des conditions climatiques (température, précipitations, composition de l'atmosphère) au moment de sa formation. Son analyse permet de reconstituer le climat du passé.
8.1.1 Les archives glaciaires : les carottes de glace
Dans les régions polaires (Antarctique, Groenland), la neige qui tombe chaque année s'accumule et se tasse progressivement pour former de la glace. Le forage de la calotte permet d'extraire de longues carottes de glace dont les couches successives, de la surface vers la profondeur, correspondent à des âges de plus en plus anciens (jusqu'à environ ans pour la carotte EPICA en Antarctique).
Méthode : Exploiter une carotte de glace
Une carotte de glace fournit plusieurs informations :
- les bulles d'air piégées dans la glace constituent des échantillons fossiles de l'atmosphère ancienne ; leur analyse donne la concentration passée en gaz à effet de serre (, ) ;
- le rapport isotopique de l'oxygène () ou de l'hydrogène () de la glace elle-même renseigne sur la température au moment de la précipitation de la neige ;
- les poussières et les cendres volcaniques renseignent sur l'aridité des continents et permettent de dater certaines couches.
La comparaison entre les courbes de température et celles de obtenues sur une même carotte révèle une remarquable corrélation.
8.1.2 Les isotopes de l'oxygène
L'oxygène existe sous forme de deux isotopes stables principaux : l'oxygène 16 (), léger et très majoritaire, et l'oxygène 18 (), plus lourd et plus rare. Le rapport entre ces deux isotopes varie selon les conditions climatiques.
Le mesure l'écart relatif du rapport d'un échantillon par rapport à celui d'un standard de référence :
Il s'exprime en pour mille (‰).
L'interprétation dépend de l'archive :
- Dans la glace (composée d'eau précipitée), un faible (très négatif) traduit un climat froid : les molécules d'eau lourdes () précipitent préférentiellement avant d'atteindre les pôles, d'autant plus que la température est basse.
- Dans les tests calcaires de foraminifères des sédiments océaniques, un élevé traduit au contraire un climat froid : en période glaciaire, l'eau légère () est stockée dans les calottes, enrichissant l'océan résiduel en .
Le constitue ainsi un thermomètre isotopique du passé.
8.1.3 Les pollens et les cernes des arbres
La palynologie est l'étude des grains de pollen et de spores conservés dans les sédiments (lacs, tourbières). Chaque espèce végétale produit un pollen de forme caractéristique. La composition d'un assemblage pollinique reflète la végétation régionale, elle-même dépendante du climat (température, humidité).