L’EFFET ASTRONOMIQUE

Au début du XXème siècle, Milutin Milankovitch élabore une théorie. En observant les variations cycliques du climat durant le Quaternaire, il met cette alternance de périodes glaciaires et interglaciaires en relation avec les variations d’insolation reçue au niveau des hautes latitudes de l’hémisphère nord. Selon cette théorie, les périodes de glaciation correspondraient aux périodes durant lesquelles le pôle nord reçoit un minimum de rayonnement solaire pendant la saison la plus chaude (été), de telle sorte que le rayonnement solaire soit insuffisant pour fondre la neige accumulée en hiver.

Trois paramètres astronomiques jouent un rôle important dans le calcul de la distribution saisonnière et en latitudes de cette insolation : l’excentricité, l’obliquité de l’axe de rotation de la Terre et la précession des équinoxes.

Excentricité

La Terre décrit dans l’espace une ellipse dont le Soleil occupe un des foyers. On appelle excentricité d’une ellipse la mesure du degré d’aplatissement. Elle varie d’une configuration presque circulaire à une valeur maximale de 6%. En effet, si aucun autre astre que le Soleil ne venait perturber la révolution de la Terre, son mouvement elliptique resterait inchangé au cours du temps. Or la Lune et les autres planètes du Système Solaire perturbent ce mouvement et tous les paramètres orbitaux ainsi que l'orientation de la Terre sont alors affectés et changent. Cette variation présente une pseudo-périodicité de l’ordre de 100 000 ans.

L’obliquité

Elle caractérise l'inclinaison de l'axe de la Terre par rapport à l’écliptique. Par définition, c'est l'angle entre l'axe de rotation et la perpendiculaire au plan orbital (ou plan de l'écliptique) de la Terre. L'obliquité terrestre évolue aussi au cours du temps pour plusieurs raisons, notamment à cause des perturbations planétaires, l'inclinaison du plan orbital de la Terre évolue et oscille (elle est également liée à la précession climatique que nous détaillerons après).

La précession climatique

On appelle précession des équinoxes l’avance annuelle de l’équinoxe de printemps ( de l’ordre de 20 mn) due au déplacement de l’axe de rotation terrestre qui parcourt une surface conique en 25 000 ans. Elle provient de ce que le Terre n’est pas parfaitement sphérique. L’action du Soleil, de la Lune et des autres planètes sur le bourrelet équatorial de la Terre provoque une rotation de son axe autour de la perpendiculaire au plan de son orbite (similaire au mouvement d’une toupie) avec périodicité de 26 000 ans. En conséquence, à l’échelle géologique, le moment où, le pôle nord pointe vers le Soleil ne correspond pas toujours à la même position de la Terre sur son orbite ; en fait, le point vernal qui définit le début du printemps se déplace dans le plan de l’orbite. (Aujourd’hui la Terre est loin du Soleil en juillet et près en décembre. Il y a 11 000 ans, la Terre était loin du Soleil en décembre (d’où les hivers plus froids) et près du Soleil en juillet (d’où les étés plus chauds). Nous étions en plein cœur de la dernière déglaciation.

En l’absence de toute autre perturbation naturelle ou anthropique, le modèle basé sur la théorie astronomique prévoit que le refroidissement commencé il y a 6000 ans se poursuivra encore pendant 5000 ans avant que le climat ne s’échauffe légèrement pour plonger ensuite vers des conditions glaciaires d’ici 60 000 ans environ. Cependant les activités humaines ne sont pas négligeables et sont à prendre en considération. En effet elles perturbent l’équilibre en augmentant le taux de CO₂ atmosphérique et pourraient perturber les prévisions (assez variables : entre +2° et +4° d’ici 2100).

Les mécanismes amplififateurs

L'impact sur l'insolation reste cependant très modeste. Les variations sont de l'ordre de 0,1% ce qui entraîne une variation de la température moyenne du globe de quelques dixièmes de degrés. L’effet astronomique ne suffit donc pas à expliquer l’alternance des périodes glaciaires et interglaciaires. D’autres facteurs sont à prendre en compte, notamment l’albédo et l’effet de serre.

1-L’influence de l’albédo

On appelle albédo le rapport entre l’énergie que réfléchit un objet et l’énergie qu’il reçoit. Ce pourcentage dépend de la longueur d’onde du rayonnement reçu : par exemple, un végétal chlorophyllien absorbe la lumière rouge mais réfléchit la lumière verte. Plus une surface est réfléchissante, moins elle s’échauffe.

Lors d’une période de glaciation, il y a une expansion des calottes glaciaires au niveau des pôles. Or l’albédo de la neige et des glaces de mer est très élevé (entre 60 et 90%). La quantité de lumière réfléchie est alors plus élevée durant cette période, et la baisse de température induite par l’effet astronomique est donc amplifiée. A l’inverse, quand les glaces fondent lors des périodes de réchauffement, l’albédo de la mer qui est très faible favorise un réchauffement de la Terre.

2-Influence de l’effet de serre

 L’effet de serre est également un facteur amplificateur qui vient se combiner aux autres. Celui-ci est produit par certains gaz tel que le CO₂ qui absorbe le rayonnement infrarouge qu’émet la Terre chauffée par le Soleil. Cela empêche la fuite de chaleur vers l’espace et par conséquent, maintient la température de l’air près du sol à une valeur élevée.

Une expérience simple permet de montrer qu’il existe en fait un échange de gaz entre l’eau et l’atmosphère dont le taux varie en fonction de la température :

De la même manière, lors d’un réchauffement climatique (plus grande insolation) la solubilité du CO₂ dans l’eau des océans diminue : le CO₂ gazeux libéré diffuse alors d’avantage vers l’atmosphère, ce qui augmente l’effet de serre ; le réchauffement climatique est ainsi amplifié.