Au cours des dernières semaines, les blogues de physique
et d'environnement ont, chacun de leur point de vue
respectif, discuté des variations du climat. C'est
maintenant le tour d'un astronome d'y aller de son
grain de sel.

Depuis quelques années le département de physique
de l'Université de Montréal offre un cours d'astrobiologie
à l'ensemble de la communauté universitaire. Dans le cadre
de ce cours, un des thèmes que j'aborde avec les étudiants
porte sur l'évolution et le destin de la vie sur notre
planète.

Les changement climatiques jouent évidemment un rôle
important dans le développement des diverses formes de
vie sur la Terre. Certaines grandes extinctions de la
faune et de la flore sont d'ailleurs attribuées à des
changements climatiques extrêmes (réchauffement de la
planète ou épisodes de glaciation globale appelés
"snowball Earth - Terre boule de glace"). Les causes de
ces variations du climat sont parfois difficiles à
identifier parce que les données permettant d'établir les
propriétés ancestrales de l'atmosphère et des océans 
deviennent de moins en moins précises au delà de quelques
millions d'années dans le passé. Les variations de la
luminosité intrinsèque du Soleil et de l'activité géologique
de notre planète font assurément partie de la listes des
causes pouvant expliquer certains des changements importants.

Le portrait est beaucoup plus net si on se restreint aux
variations climatiques des 400,000 dernières années. Dans
ce cas, les données climatiques sont beaucoup plus précises
puisque les chercheurs disposent maintenant d'échantillons
très fiables consistant, entre autres, en une série de carottes
de glace provenant de la calotte gelée de l'Antarctique.
L'analyse des bulles d'air permet de mesurer les concentrations
des gaz dans l'atmosphère au fil du temps (surtout les gaz à
effet de serre comme le dioxyde de carbone et le méthane)
et de les relier aux variations de température à la surface
de notre planète.

L'étude de ces données montrent que plusieurs ères glaciaires
se sont succédées dans l'hémisphère nord. Les glaciers ont
recouvert l'Europe, l'Asie, et l'Amérique du nord à quelques
reprises au cours des 400,000 dernières années. La fin de la
dernière ère glaciaire remonte à un peu plus de 10,000 ans.

Un des aspects les plus remarquables de cette analyse est
le fait que la concentration des gaz à effet de serre - et
donc la température - a varié de façon quasi-périodique au
cours de cette période de 400,000 ans. Ainsi, dans le cas
du méthane, les augmentations et les diminutions varient
sur une période d'environ 23,000 ans. Dans le cas du dioxyde
de carbone la périodicité est moins nette mais les fluctuations
semblent suivre des cycles d'environ 41,000 et 100,000 ans.

Depuis probablement plus de 400,000 ans, ces trois cycles se
combinent pour produire des périodes glaciaires d'une durée
d'environ 100,000 ans entrecoupées d'interludes interglaciaires
(plus chaud) d'environ 11,000 à 14,000 ans.

La cause de ces variations périodiques est fort probablement
d'origine astronomique. Notre planète tourne sur elle-même
à raison d'un tour à toutes les 23 heures 56 minutes, et met
un peu plus de 365 jours pour compléter une révolution complète
autour du Soleil. Cependant, la Terre n'est pas une sphère
parfaite et, de plus, l'orbite de la Lune autour de la Terre et
celle de notre planète autour du Soleil ne sont pas parfaitement
ciculaires. La force gravitationnelle entre la Terre, la Lune,
le Soleil, et les autres planètes du système solaire provoque
ainsi des variations séculaires de l'angle et de la direction
de l'axe de rotation de notre planète de même que des variations
de la forme de l'orbite de la Terre autour du Soleil. Toutes
ces modifications des paramètres orbitaux de notre planète
font en sorte que l'intensité et la durée de l'ensoleillement
annuel augmentent et diminuent périodiquement au fil des
millénaires.

À elles seules, les variations d'ensoleillement ne sont pas
suffisantes pour provoquer ou mettre un terme à une ère
glaciaire. Cependant, ces petites fluctuations affectent
aussi la concentration des gaz à effet de serre. Ainsi, à titre
d'exemple, pendant les périodes plus ensoleillées (donc un peu
plus chaudes), les moussons sont plus nombreuses et plus fortes.
Les pluies abondantes augmentent le nombre de zones marécageuses
et ces dernières libèrent plus de méthane (résultant de la
décomposition de matière organique) dans l'atmosphère. Donc,
non seulement la surface de la Terre reçoit plus de chaleur du
Soleil mais, aussi, l'effet de serre plus important retient mieux
la chaleur. La température devient alors plus élevée de plusieurs
degrés que pendant la période froide et nous entrons dans un
intermède interglaciaire.

Il est intéressant de remarquer que c'est au cours du dernier
intermède interglaciaire (donc les derniers 10,000-12,000 ans)
que la race humaine a connu un essor foudroyant. En principe, si
le cycle périodique se maintient, nous devrions être sur le point
de connaître une autre période glaciaire d'ici peu (puisque les
intermèdes interglaciaires durent entre 11,000 et 14,000 ans).
En fait, la température moyenne à la surface de la Terre
aurait déjà dû commencer à diminuer depuis plusieurs siècles.

Or, c'est tout le contraire que nous observons, surtout au
cours des 150 dernières années. La révolution industrielle,
la déforestation, et l'étalement de l'agriculture changent
de manière appréciable la concentration des gaz à effet de
serre dans l'atmosphère et provoque plutôt un réchauffement
de la planète. Par notre présence et nos activités nous
maintenons la température moyenne à un niveau "artificiellement"
élevé. Collectivement, nous retardons peut être la prochaine
ère glaciaire...?

Pour en savoir plus:

Hoffman, P., Schrag, D., "Quand la Terre était gelée",
Pour la Science, février 2000.

Ruddiman, W.F. "La révolution du néolithique a-t-elle modifié le climat", Pour la Science, avril 2005.