Depuis le début de l’ère tertiaire, la Terre se trouve globalement dans une phase de refroidissement. Mais cette évolution très lente se superpose à des fluctuations de beaucoup plus court terme qui correspondent au cycle des glaciations. Ces variations s’avèrent de plus en plus marquées et ont joué un grand rôle dans l’Histoire humaine.
Le cycle des glaciations
Les cinq dernières glaciations couvrent toute la période d’existence d’Homo Sapiens et de Néandertal, soit environ trois cent mille ans. Malgré leurs profils divers, quelques constantes peuvent tout de même se dégager :
- on tourne autour de 9°C d’amplitude thermique aux pôles, ce qui correspondrait à environ 4°C à l’échelle du globe.
- leur périodicité est d’environ 100 000 ans, avec une tendance à l’augmentation.
- les épisodes interglaciaires sont beaucoup plus courts que les épisodes glaciaires et ne durent en moyenne que 17 000 ans. En d’autres termes, la glaciation est plus la norme que l’exception.
Depuis la fin des années 1970 qui ont confirmé la thèse du climatologue Milankovitch, nous savons désormais que ces cycles glaciaires sont liés à l’évolution naturelle des paramètres astronomiques de la Terre. Pour le comprendre, il faut déjà rappeler l’étroite interaction entre les calottes polaires et le climat.
La glace blanche renvoyant efficacement la lumière solaire vers l’espace, elle tend à refroidir la Terre : il s’agit donc d’un effet auto-amplificateur qui renforce les fluctuations. En outre, les calottes se développent beaucoup plus facilement sur les continents que dans les océans. Ainsi au pôle sud, la calotte est très stable puisqu’il s’agit d’un continent entouré d’océans. Mais au pôle nord, c’est la situation inverse, ce qui rend les limites de la calotte beaucoup plus fluctuantes.
Plus précisément, la calotte boréale tend à s’étendre lorsque les étés sont frais, parce que la neige ne fond jamais complètement et s’accumule année après année. À l’inverse, des étés chauds contribuent à réduire la calotte, même si les hivers sont très froids. Finalement, les faibles amplitudes saisonnières sont plus favorables au développement de la calotte.
Or ces amplitudes sont liées aux paramètres astronomiques de la Terre. Rappelons déjà le principe de base : l’axe de rotation étant incliné, c’est successivement l’hémisphère nord puis sud qui pointe vers le Soleil à six mois d’intervalle, ce qui est à l’origine des saisons. Mais à cela s’ajoute l’effet de l’excentricité de l’orbite : aujourd’hui, la Terre est plus près du Soleil lorsque c’est l’hiver dans l’hémisphère nord, ce qui atténue les amplitudes saisonnières de cet hémisphère.
Il y a 13 000 ans, la situation était inverse en raison du phénomène de précession. La Terre était au plus près du Soleil pendant l’été boréal, ce qui impliquait des amplitudes saisonnières considérables qui entraînaient une réduction de la calotte polaire boréale et donc un réchauffement global. C’est précisément ce qui a permis de sortir de la dernière glaciation.
Actuellement, on se retrouve dans la situation inverse qui devrait nous amener progressivement vers une nouvelle glaciation. Or, il faut tenir compte aujourd’hui de l’intervention de l’homme sur le climat et prendre aussi en compte les fluctuations de l’inclinaison de la Terre qu’on appelle la nutation : quand son axe est très incliné, les variations saisonnières se renforcent. Il faut également ajouter l’excentricité de l’orbite qui fluctue elle-même au cours du temps : lorsqu’elle est forte, son influence sur les saisons augmente.
C’est la combinaison de ces trois paramètres qui est à l’origine de cycles complexes appelés les cycles de Milankovitch, qui expliquent très bien les fluctuations du climat sur des échelles de 10 à 100 milles ans. La fin de la dernière glaciation a permis notamment la révolution néolithique et l’entrée dans l’Histoire.
L’avènement de l’Histoire
Il est possible aujourd’hui de mesurer les fluctuations passées des température en combinant plusieurs méthodes indirectes. L’écart entre le minimum glaciaire il y a 21 000 ans et le maximum interglaciaire il y a 7000 ans est estimé entre 4 et 6°C selon les auteurs, avec une évolution en accord avec les fluctuations théoriques de Milankovitch.
Cette tendance à replonger lentement vers une nouvelle glaciation est manifeste, mais avec une anomalie très nette au dernier siècle. Les précipitations suivent une évolution similaire, avec une glaciation assez sèche, puis la période du Sahara vert pendant l’optimum climatique, suivi d’un assèchement progressif jusqu’à aujourd’hui. Ceci est lié essentiellement au forçage hydrique plus important lors des grandes amplitudes saisonnières.
Notons que si l’optimum climatique a clairement permis la révolution néolithique du Croissant Fertile, l’assèchement qui a suivi a sans doute accéléré l’entrée dans l’Histoire en créant un stress poussant aux innovations.
En faisant un focus sur l’Europe des deux derniers millénaires, deux phénomènes supplémentaires apparaissent : un maximum local autour de l’an 1000 appelé l’optimum médiéval, et un minimum local autour de 1650 appelé le Petit Âge Glaciaire. L’une des causes envisagées porte sur les fluctuations de l’activité solaire.
Si elle varie aujourd’hui selon un cycle stable de 11 ans, elle a connu de longues phases d’endormissement par le passé, dont la seule bien documentée est le minimum de Maunder qui coïncide avec le Petit Âge Glaciaire.
Des méthodes indirectes permettent d’estimer les fluctuations plus anciennes qui pourraient également expliquer l’optimum médiéval, mais sans certitude. Ces phénomènes concernant l’Atlantique Nord restent d’ailleurs peu visibles à l’échelle mondiale. Seul le réchauffement climatique actuel est global, et d’ailleurs beaucoup plus intense.
Pour expliquer les fluctuations régionales de l’Atlantique Nord, les études suggèrent une modification du régime des vents et des courants amorcée par les fluctuations solaires. En particulier, la zone est très influencée par le gulf stream qui a pu légèrement se renforcer ou s’atténuer par le passé. Notons que le gulf stream ne peut pas complètement disparaître puisqu’il est initié par la force de Coriolis due à la rotation de la Terre.
Une dernière cause possible des fluctuations historiques réside dans les éruptions volcaniques de grande ampleur ont pu écranter la haute atmosphère. Par exemple, celle de 535-536 a entraîné un refroidissement majeur à l’échelle mondiale qui est bien visible sur les courbes. Il a entraîné des famines qui ont affaibli les populations et sans doute favorisé l’expansion de la « peste de Justinien » qui a tué entre un quart et un tiers de la population d’Europe et de Méditerranée.
L’actuel réchauffement climatique
Il se distingue clairement des précédentes fluctuations par son ampleur, sa rapidité et son caractère global. Il est aussi beaucoup mieux connu grâce à des mesures directes qui montrent une augmentation de 1,5°C depuis le début du XXe siècle, particulièrement nette depuis le milieu des années 60.
Contrairement aux périodes précédentes, l’abondance des mesures permet de bien identifier la cause principale, à savoir l’augmentation de deux principaux gaz à effet de serre, le méthane CH4 et le CO2. Pour ce dernier, on sort largement des fluctuations naturelles générées par les cycles de Milankovitch. Depuis le milieu du XIXe siècle, son augmentation est clairement d’origine anthropique. Elle est due au relargage rapide du carbone capté par la Vie, notamment pendant le Carbonifère et le Jurassique - Crétacé.
Cette augmentation du chauffage par le bas tend à amplifier le gradient vertical de température, et par conséquent les cellules de convection dans la troposphère du fait que l’air chaud est plus léger que l’air froid, augmentant ainsi les contrastes en termes de précipitations.
Qu’en sera-t-il dans les prochaines décennies ? Les premières prévisions du GIEC parues en 1990 prévoyaient une augmentation de 0,3°C par décennie, ce qui est assez proche de ce qui a été finalement observé. Le dernier rapport 2021 distingue plusieurs scénarios dont les plus plausibles situent entre 2,7 et 4°C au-dessus du niveau pré-industriel en 2100.
Précisons qu’en 2024, nous étions déjà à +1,55°C. Rappelons aussi que les 4°C correspondent à ce qui sépare une glaciation d’un interglaciaire. Ce +4°C nous ramènerait à un niveau comparable au Jurassique.
Si la Terre est habituée à de telles températures, c’est en revanche la première fois que l’Homme doit y faire face, ce qui est d’autant plus délicat que l’échelle de temps est celle d’une vie humaine. C’est l’un des grands défis auquel l’Humanité est aujourd’hui confrontée.
• L’Homme face aux changements climatiques
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