Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

1 : Des causes multiples Le climat de la Terre n’a pas cessé de changer au cours des temps géologiques L’évolution climatique est liée aux contraintes subies par notre planète Il existe 3 types de variations naturelles du climat : Variations périodiques à long terme (variations astronomiques) Variations périodiques à court terme (taches solaires) Variations non périodiques à court terme (volcanisme) 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

2 : Variations périodiques à long terme Dans les conditions actuelles, la variation saisonnière du rayonnement solaire est fonction de la position de la Terre par rapport au Soleil 23°27’ 23°27’ S Décembre Juillet L’axe des pôles forme un angle de 23°27’ avec la normale (perpendiculaire) au plan de l’écliptique 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

L’orbite terrestre n’est donc pas un cercle mais une ellipse 23°27’ Décembre Juillet 147.106 km 152.106 km Périhélie Aphélie La distance Terre – Soleil (en moyenne 149.106 km) varie d’environ 5.106 km entre les positions de périhélie (proche) et d’aphélie (éloigné) L’orbite terrestre n’est donc pas un cercle mais une ellipse Les paramètres orbitaux du rayonnement solaire sont en perpétuel changement selon des cycles emboîtés de longueurs différentes qui modifient largement les conditions d’ensoleillement 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

a : Notion de cycles et de périodes La théorie astronomique des variations du climat a été reconnue dans les années 1970 sur la base de calculs effectués par le physicien serbe Milankovitch dès 1927 Les longues séries chronologiques établies à partir de l’étude des sédiments marins et des carottes de glace ont conforté cette théorie Cela fait apparaître des périodicités de : 100 ka 41 ka 22 ka 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

Ces courbes périodiques sont définies par : Une courbe, quelle qu’elle soit, se présente toujours comme la somme de courbes périodiques Période Amplitude Les phénomènes naturels ne sont jamais la somme exacte de courbes périodiques ; il existe toujours un résidu (bruit) Ces courbes périodiques sont définies par : La période L’amplitude 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

Hémisphère Nord : 40% de terres et 60% de mer Selon la théorie astronomique du climat, une période glaciaire est une période favorable à l’extension des glaces dans l’hémisphère Nord, où se concentre actuellement la majeure partie des terres émergées Hémisphère Nord : 40% de terres et 60% de mer Hémisphère Sud : 20% de terres et 80% de mer Cette période favorable correspond à un minimum de rayonnement solaire pendant l’été, insuffisant pour faire fondre la neige hivernale Selon cette théorie, les périodes glaciaires correspondent donc à des périodes où le Pôle Nord est éloigné du Soleil 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

b : Variation de l’excentricité de l’orbite terrestre Le mouvement de révolution de la Terre autour du Soleil est perturbé par les autres planètes qui gravitent autour du Soleil Ainsi, l’orbite passe d’une forme presque circulaire à une ellipse plus ou moins aplatie La variation de l’excentricité n’a pas dépassé 7% (1,5% aujourd’hui ; 3,5% il y a 100 ka) La périodicité moyenne est de 100 ka ; elle varie de 90 à 120 ka Il existe aussi un cycle à 440 ka 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

c : Variation de l’inclinaison de l’axe des pôles Aujourd’hui, l’angle formé par l’axe des pôles et la normale au plan de l’écliptique s’éloigne très lentement de 23°27’ pour se redresser vers 23°26’ Selon une périodicité moyenne de 41 ka, la valeur de cet angle varie au maximum de 3° entre 22° et 25° 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

4 : Les causes des variations naturelles du climat Lorsque l’angle augmente (axe plus incliné), l’hémisphère Nord est plus froid en hiver mais surtout plus chaud en été car il est alors plus proche du Soleil S 22° Décembre Juillet S 25° Décembre Juillet 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

Pendant l’été, une forte inclinaison accroît le réchauffement polaire Les variations extrêmes de l’obliquité se traduisent par un écart de 14% de l’énergie reçue en été dans les hautes latitudes Inversement, une faible inclinaison (axe redressé) diminue la quantité d’énergie reçue par le Pôle Nord en été Cette situation s’est présentée il y a 22 ka, avec une inclinaison proche de 22°10’ 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

d : Variation de la direction de l’axe des pôles La Terre n’est pas sphérique, mais se présente sous la forme d’un ellipsoïde aplati aux pôles et renflé à l’équateur ; cette forme est due à la rotation L’attraction gravitationnelle des autres planètes du système solaire engendre une lente giration de la Terre autour de son axe, qui oscille alors comme une toupie Plan de l’orbite (écliptique) 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

On parle de précession des équinoxes Cette oscillation déplace lentement la position des solstices et des équinoxes sur l’ellipse parcourue par la Terre et change le moment où la planète est à la périhélie ou à l’aphélie On parle de précession des équinoxes 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

4 : Les causes des variations naturelles du climat t = 11 ka Hivers plus doux Etés plus chauds La périodicité moyenne de ce phénomène est de 22 ka ; elle varie de 19 à 23 ka L’inversion totale de l’axe des pôles s’effectue en une période de 11 ka 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

4 : Les causes des variations naturelles du climat e : Que retenir des liens entre modifications des paramètres orbitaux et changements climatiques ? 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

4 : Les causes des variations naturelles du climat Le cycle à 100 ka est évident et se retrouve sur toutes les courbes de longue durée Il y a 125 ka, l’excentricité était de 2%, l’obliquité proche de 24° et l’été se situait en périhélie avec une insolation d’été supérieure de 13% aux conditions actuelles Cette période était l’interglaciaire précédant la dernière glaciation du Würm En revanche, il y a 105 ka, l’excentricité forte était de 4%, l’obliquité faible de 22°24’ et l’été se situait proche de l’aphélie avec une insolation d’été inférieure de 9% aux conditions actuelles Le retour à des conditions interglaciaires aussi chaudes qu’il y a 125 ka se situe il y a 6000 ans et constitue l’optimum climatique de l’Holocène L’insolation d’été était légèrement supérieure à l’actuel et le niveau marin était légèrement plus élevé qu’aujourd’hui : c’est la transgression flandrienne 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

3 : Variations périodiques à court terme L’impact des variations de l’activité solaire sur l’évolution du climat est toujours très discuté mais les mesures par satellites depuis les années 1980 (bien que trop courtes) ont relancé le débat L’observation des taches solaires, depuis le début du XVIIème siècle, montre une cyclicité moyenne de 11 ans entre les maxima du nombre de taches 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

4 : Les causes des variations naturelles du climat Un rapport existe entre le nombre de taches et l’intensité de l’activité solaire ; le maximum de rayonnement (Soleil actif) se produit en même temps que le maximum de taches Les zones libres de taches sont alors plus brillantes et rayonnent davantage Les variations de l’intensité mesurées depuis 1978 par satellites ont atteint une amplitude de 0,3% 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

4 : Les causes des variations naturelles du climat L’augmentation des rayonnements UV fait augmenter la production de carbone C14 à partir de l’azote N14 Ces variations de C14 sont enregistrées dans le carbone fixé par les végétaux, notamment dans les cernes de croissance des arbres (dendrochronologie), et permettent de confirmer le cycle de 11 ans entre 2 périodes de forte activité solaire Des modèles simples sont proposés pour un changement de 1% de la constante solaire (constante de Boltzman) ; dans ce cas, la variation de température de l’air en surface serait de 0,6°C Dans le cas d’un changement de 0,1% de la constante solaire, la variation de température ne serait plus que de 0,2°C 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

4 : Les causes des variations naturelles du climat Si l’on se réfère aux années les plus chaudes depuis le milieu du XXème siècle, on constate qu’elles correspondent aux maxima d’insolation 1947 1958 1980 1991 2002-2003 Comment se place 2006 ? Ce problème est largement débattu actuellement car il semble déterminant au moment où l’on se préoccupe davantage de l’amplification de la température due aux gaz à effet de serre… 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

3 : Variations non périodiques à court terme Les liens qui existent entre grandes éruptions volcaniques et climat ont été mis en évidence il y a bien longtemps Benjamin Franklin a établi une relation entre la "brume bleue" issue de l’éruption du Laki en Islande en 1783 et la rigueur de l’hiver 1783-1784 en Europe et en Amérique du Nord L’éruption du Krakatoa en Indonésie en 1883 a eu des effets semblables sur l’ensemble de la planète avec un abaissement de la température pendant des mois après l’éruption 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

Il existe 2 types d’aérosols volcaniques : De très nombreuses études, confortées par de récentes mesures par satellite, montrent que le volcanisme est un facteur majeur de l’évolution des températures Les effets météorologiques du volcanisme sont fonction, non pas de l’abondance de lave, mais de la densité, de l’étendue et de la persistance du voile atmosphérique formé par les aérosols Les aérosols sont des particules solides ou liquides en suspension dans l’air Il existe 2 types d’aérosols volcaniques : Les aérosols silicatés Les aérosols sulfatés 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

4 : Les causes des variations naturelles du climat Les aérosols silicatés sont les poussières issues des roches pulvérisées et créent des voiles de poussières fines qui assombrissent le Soleil et la Lune Les aérosols sulfatés proviennent de la transformation des gaz volcaniques soufrés (dioxyde de soufre SO2), au contact de l’eau (H20) atmosphérique, en gouttelettes d’acide sulfurique (H2SO4) 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

4 : Les causes des variations naturelles du climat STRATOSPHERE Tropopause (12-18 km) Eruption volcanique puissante (les aérosols sont éjectés dans la stratosphère et y restent 2- 3 ans tout en étant rapidement dispersés sur toute une zone, voire la Terre entière) = impact climatique global avec affaiblissement du rayonnement solaire direct et baisse des températures en surface (effet moyen de -0.2°C à -0.4°C) Eruption volcanique peu puissante (les aérosols sont éjectés dans la troposphère seulement et sont lessivés par la pluie ou retombent vers le sol au bout de quelques jours à quelques semaines) = impact climatique local/régional avec affaiblissement du rayonnement solaire direct et baisse transitoire des températures TROPOSPHERE Surface L’impact climatique est renforcé dans le cas d’une éruption tropicale qui permet une diffusion plus efficace des aérosols tout autour de la Terre 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue

Sujet en cours d’étude… On sait depuis 1982 que les aérosols sulfatés, en raison de leur forte réflectivité (gouttelettes), ont un plus grand impact thermique que les cendres et les poussières silicatés Ainsi, après l’éruption du volcan El Chichon au Mexique en mars 1982, l’accroissement de l’albédo (réflexion de l’énergie solaire) planétaire a été de l’ordre de 10% Les éruptions volcaniques dont les projections atteignent la stratosphère influencent de manière incontestable le climat en provoquant une baisse de la température Mais le temps de réponse est conditionné par la durée de propagation vers les zones polaires où le déficit thermique est alors aggravé Sujet en cours d’étude… 4 : Les causes des variations naturelles du climat Planète bleue