Les leçons des paléoclimats
Les observations ont permis de reconstituer les paléoclimats sur plus d'un million d'années et la variation des paramètres orbitaux de la Terre qui a été modélisé par Milankovitch explique correctement les caractéristiques de ces paléoclimats. La figure 1 qui est extraite du site de Jean Marc Jancovici permet de comparer la variation de l'insolation, mesurée en un point situé sur la latitude 65° Nord, du passé avec celle du futur. Figure 1
Cette courbe n'est pas une mesure globale de l'insolation terrestre moyenne, c'est une mesure en un seul point réalisée au mois de Juin. Lorsqu'ils varient, la plupart des paramètres orbitaux n'ont pas d'influence sur l'énergie globale reçue par la Terre, en effet cette énergie globale ne dépend que de la distance au Soleil, qui ne varie pas sauf quand l'excentricité e change. Ce dernier paramètre fait varier la quantité moyenne de l'énergie reçue de manière inversement proportionnelle à la racine carré de (1-e2). La variation des autres paramètres orbitaux peut changer localement l'insolation mais elle est compensée par un effet inverse qui a lieu dans l'hémisphère opposé.
Indirectement il y a quand même un effet qui résulte de la dissymétrie des deux hémisphères terrestres : l'hémisphère nord comporte 40% de terre et 60% de mer alors que l'hémisphère sud comporte 20% de terre et 80% de mer. Or les terres réfléchissent mieux la lumière que l'océan et donc lorsque l'hémisphère nord a une insolation importante la Terre renvoie dans l'espace une plus grande proportion de l'énergie que lorsque c'est l'hémisphère sud qui est favorisée. Normalement on devrait en conclure que lorsque l'insolation est forte dans l'hémisphère nord, la Terre se refroidit ! Ce n'est pas ce qu'on observe :
Figure 2Sur la figure 2, La corrélation entre l'insolation et la température moyenne de la Terre n'est pas très forte, mais elle existe quand même : les tendances à la hausse ou à la baisse se retrouvent mais pas les amplitudes. C'est que dans l'insolation globale il y a une composante locale dont l'effet est anti corrélée à la température globale de la Terre et une composante globale qui elle est corrélé à cette température, et de fait la corrélation est beaucoup plus forte si on se limite à l'excentricité :
Figure 3
On voit, sur la figure 3, dont la source est Wikipedia que les périodes chaudes correspondent à des maximums relatifs de l'excentricité et donc à des minimums de l'énergie moyenne reçue par la Terre! Il faut donc trouver une autre explication. Le mécanisme à l'origine de cette corrélation serait le suivant : les variations d’excentricité modulent les contrastes des saisons, qui sont dus surtout à l'existence d'une inclinaison de l’axe de rotation de la Terre. Lorsque l'excentricité est importante, l'effet de l'inclinaison est plus intense ce qui augmente le contraste des saisons, lorsque l'excentricité est faible, les étés sont froids et limitent la fonte des glaciers, et les hivers sont chauds et augmentent les précipitations de neige sur les glaciers. Les glaciers s'étendent, l'albédo croit la Terre se refroidit.
Ce qui est intéressant c'est que la Terre se refroidit au moment où elle reçoit le plus d'énergie et donc que l'effet indirect de la croissance des calottes polaires, induite par le faible contraste des saisons l'emporte sur l'effet direct de l'augmentation de l'insolation. L'effet direct étant de l'ordre de 0,25% soit 1w/m2 à la latitude 65°N, on voit que l'effet indirect du faible contraste des saisons est plus important que ce forçage. Pour une vision plus complète de l'importance de l'albédo sur les évolutions du climat on pourra se reporter à la page Le climat et les rétroactions.
L'étude des conséquences du forçage anthropique devrait donc autant s'intéresser à l'augmentation de la température qu'à sa répartition dans le temps (saisons) et dans l'espace (pôle ou équateur). Les modèles semblent tous prédire une augmentation de la température plus grande aux pôles qu'à l'équateur, plus forte la nuit que le jour, plus forte l'hiver que l'été. On aurait donc une diminution de tous les contrastes et donc un effet similaire à une diminution de l'excentricité. Encore une fois ce n'est pas ce que l'on observe mais il y a peut être une rétroaction négative entre le forçage anthropique et la diminution du contraste des saisons qu'il entraîne.
Avenir du climat terrestre
En ce qui concerne la précession des équinoxes, les moments où ont lieu les solstices et les équinoxes varient en même temps que les paramètres orbitaux et tous les 13.000 ans il y a inversion de l'hémisphère présenté au soleil quand la Terre en est au plus près. Or les deux hémisphères, Nord et Sud, sont différents : l'hémisphère Nord contient plus de terres, qui réfléchissent mieux la lumière que l'océan. Aussi, en fonction de l'hémisphère qui est présenté au soleil lorsque la distance est minimale, l'énergie absorbée en moyenne par notre planète sur l'année varie beaucoup.
Le cycle de la précession de l'axe de rotation terrestre n'affecte pas la quantité totale de chaleur solaire reçue sur Terre mais fait seulement varier l'écart moyen des températures entre la saison chaude et la saison froide. La situation actuelle se caractérise par une alternance d'hivers chauds suivie d'étés froids. Il y a 11 000 ans, on avait une alternance d'étés chauds suivie d’hivers froids. La situation actuelle devrait favoriser l’extension des glaciers dans les régions polaires. Or on constate plutôt une diminution de ces glaciers qui à elle seule peut expliquer la moitié du réchauffement climatique que l'on a constaté depuis 1979.
Il y a 11000 ans, l'inclinaison est passée par un maximum de 24,5°. Il y a 31000 ans, elle passait par un minimum de 21.5°. Actuellement, l'inclinaison diminue, et elle sera de nouveau minimale dans 12000 ans. Dans 27 000 ans l'excentricité sera presque nulle, l'orbite de la Terre presque circulaire, ce qui entraînera une glaciation à moins que les effets anthropiques ne l'empêchent.
