Évolution du climat et de l’océan
Leçon inaugurale prononcée le jeudi 7 novembre 2002
Texte intégral
Monsieur l’Administrateur,
Mes chers collègues,
Mesdames, Messieurs,
1Je vous remercie vivement de m’accueillir parmi vous. La chaire que vous avez créée à mon intention témoigne de votre intérêt pour l’étude de l’environnement, dont l’évolution peut être d’origine naturelle ou liée à l’activité humaine. Je suis conscient de la responsabilité qui m’incombe, car il s’agit là de problèmes qui intéressent non seulement la communauté scientifique spécialisée mais aussi la société dans son ensemble.
2Je formule ces remerciements à titre personnel, mais aussi au nom d’une discipline ou plutôt d’un domaine éminemment interdisciplinaire, à la croisée des sciences de la Terre, de la biologie, de la physique et de la chimie. La création de cette nouvelle chaire dédiée à l’étude du climat et de l’océan, et à leur évolution dans le temps, constitue aussi la reconnaissance des travaux de toute une communauté scientifique, la participation française étant de tout premier plan. Ma reconnaissance se tourne particulièrement vers Xavier Le Pichon, qui vous a présenté le projet de chaire d’Évolution du climat et de l’océan. Ma présence parmi vous ce soir doit beaucoup à sa force de persuasion et à sa large vision des sciences.
3Bien que la chaire d’Évolution du climat et de l’océan soit nouvelle au Collège de France, elle s’intègre cependant dans le cadre plus large d’une série de chaires en sciences de la Terre et de l’Homme. Les travaux de Xavier Le Pichon sur la tectonique des plaques ne sont pas aussi éloignés de mes préoccupations qu’il y paraît de prime abord. En effet, le climat mondial évolue aussi à très long terme suivant des rythmes dictés par la dynamique interne du globe terrestre. L’étude de l’aridité progressive et de l’évolution de la végétation africaine au cours des derniers millions d’années a permis à Yves Coppens de proposer un cadre logique à l’évolution des premiers hommes et à la colonisation des autres continents. Avec le regard de l’historien, Emmanuel Le Roy Ladurie a pu reconstituer les changements climatiques depuis l’an mil et notamment leur impact sur les sociétés depuis le Moyen Âge.
4En remontant encore le temps, j’ajouterai les noms de Léonce Élie de Beaumont, Lucien Cayeux et Paul Fallot au début du xxe siècle, mais surtout celui de Georges Cuvier, nommé en l’an 1800 dans la chaire d’Histoire naturelle. Georges Cuvier est surtout connu et célébré pour avoir fondé la paléontologie. Bien que s’opposant farouchement aux théories naissantes de l’évolution, Cuvier cherchait à expliquer la disparition des espèces d’animaux fossiles qu’il décrivait. Selon lui, les causes principales de ces changements étaient de grandes catastrophes environnementales. Dans son Discours sur les révolutions de la surface du globe, Cuvier écrivait alors : « Des êtres vivants sans nombre ont été victimes de ces catastrophes : les uns, habitants de la terre sèche, se sont vus engloutis par des déluges ; les autres qui peuplaient le sein des eaux ont été mis à sec avec le fond des mers subitement relevé » (Cuvier, 1812). Au sujet des fossiles de mammouths et de rhinocéros laineux découverts en Sibérie, il écrivait que la dernière grande catastrophe « a laissé encore, dans les pays du Nord, des cadavres de grands quadrupèdes que la glace a saisis, et qui se sont conservés jusqu’à nos jours avec leur peau, leur poil, et leur chair. S’ils n’eussent été gelés aussitôt que tués, la putréfaction les aurait décomposés ». « C’est donc le même instant qui a fait périr les animaux et qui a rendu glacial le pays qu’ils habitaient. Cet événement a été subit, instantané, sans aucune gradation, et ce qui est si clairement démontré pour cette dernière catastrophe ne l’est guère moins pour celles qui l’ont précédée. »
5En citant Cuvier, mon souhait est de me placer dans cette tradition d’étude d’une histoire naturelle qui s’applique aux climats aussi bien qu’aux espèces biologiques. Après avoir revendiqué cet aspect historique et descriptif de nos recherches sur l’évolution de l’environnement, je veux aussi souligner que cela ne saurait suffire pour élucider les mécanismes des changements de milieux complexes comme l’atmosphère et l’océan. Le spécialiste de l’histoire du climat se change donc en véritable climatologue du passé, dont les compétences doivent être multiples, à l’interface de la climatologie, de la météorologie, de l’océanographie et de la géologie. Ce sont aussi la physique et la chimie qui seules peuvent nous permettre de quantifier les changements climatiques et de les comprendre en tentant de les modéliser. Le chercheur se tourne alors vers la mécanique des fluides ou des milieux continus, la thermodynamique et la chimie des gaz ou des solutions aqueuses.
6Comprendre l’évolution du climat nécessite de considérer le système climatique dans sa globalité (fig. 1). Ce système comprend des compartiments très divers comme l’atmosphère, l’hydrosphère, notamment les océans, la cryosphère, en particulier les calottes de glace polaires, la biosphère et enfin la lithosphère. Ces différents compartiments échangent entre eux de la matière et surtout de l’énergie. Le Soleil, par son flux lumineux, est un moteur qui met en mouvement les enveloppes fluides comme l’atmosphère et l’océan.
Figure 1

Représentation schématique des composantes du système climatique mondial. Modifié d’après Bradley (1999, p. 610) et IPCC (2001, p. 881).
7Les turbulences rapides et incessantes de la basse atmosphère sont l’objet d’étude du météorologue. Elles ne doivent cependant pas faire oublier que le climat mondial a atteint un équilibre dynamique dicté par l’éclairement solaire et la teneur en gaz à effet de serre.
8Cet équilibre énergétique de la Terre est résumé sur la figure 2, qui présente le bilan moyen entre le flux solaire (en clair à gauche), la propagation et finalement la réémission vers l’espace de ce flux énergétique. À la distance moyenne Terre-Soleil, une surface d’un mètre carré perpendiculaire aux rayons du Soleil reçoit actuellement 1 368 watts (cette valeur est appelée, un peu abusivement, la « constante solaire »). La valeur moyenne du flux solaire au sommet de l’atmosphère est donc de 1 368/4 soit 342 W/m2, car la surface de la sphère représente le quadruple de sa section diamétrale. Le système Terre-atmosphère ayant atteint un équilibre thermique, le bilan net est nul : au total, 342 W/m2 sont donc réémis pour compenser le flux solaire incident.
9Environ 30 % du flux solaire sont directement réfléchis vers l’espace par les nuages, les aérosols, l’atmosphère et la surface de la Terre. Les 70 % restants sont absorbés soit par l’atmosphère soit par la surface de la Terre, et donc transformés en chaleur. La surface terrestre étant nettement plus froide que celle du Soleil, elle réémet un rayonnement infrarouge. Celui-ci ressortira après un cheminement complexe à travers l’atmosphère : plusieurs de ses composants chimiques, essentiellement transparents aux rayonnements visibles, absorbent les infrarouges qui retournent par réémission vers la surface terrestre. C’est ce qu’on appelle l’« effet de serre ».
Figure 2

La Terre reçoit en moyenne une énergie de 342 W/m2 sous la forme de rayons lumineux provenant du Soleil. Ce flux incident (en clair à gauche) au sommet de l’atmosphère est en fait une moyenne sur l’année et sur la surface de la planète. La figure résume le trajet complexe de l’énergie solaire à travers l’atmosphère : environ 77 W/m2 sont réfléchis par les nuages, les aérosols et l’air, ainsi que 30 W/m2 par la surface terrestre (notamment les océans). Les 235 W/m2 restants seront absorbés par l’atmosphère (67 W/m2) et la surface terrestre (168 W/m2). Cette dernière émet un rayonnement infrarouge de 390 W/m2 qui sera essentiellement réabsorbé par les gaz à effet de serre et les nuages. Une partie relativement mineure s’échappe directement vers l’espace et correspond à une petite « fenêtre » de transparence de l’atmosphère pour les rayons infrarouges (longueurs d’ondes entre 8 et 13 micromètres). Globalement l’atmosphère, incluant les nuages, rayonne des infrarouges vers le sol (324 W/m2) et vers l’espace (235 W/m2 en incluant la contribution de la « fenêtre atmosphérique »). Comme on le voit, le bilan global est équilibré : la Terre renvoie vers l’espace un rayonnement infrarouge de 235 W/m2, dont l’énergie est équivalente à l’énergie solaire absorbée (flux solaire total moins les 107 W/m2 réfléchis). En revanche, le bilan radiatif n’est pas équilibré pour l’atmosphère, qui émet plus qu’elle ne reçoit. S’il n’y avait que ces échanges radiatifs, l’atmosphère se refroidirait rapidement car il manque 102 W/m2 (= 235 + 324 − 67 − 390). Ce déficit radiatif est compensé par des flux de chaleur liés aux changements de phase de l’eau (évaporation-condensation) et à des mécanismes de conduction et de convection thermique. Les flux de chaleur latente sont en moyenne de 78 W/m2 et ceux de chaleur dite « sensible » de 24 W/m2. Le bilan est donc bouclé pour une Terre qui a atteint un équilibre thermique moyen. Modifié d’après Kiehl et Trenberth (1997) ; voir aussi Bard (2002b).
10Pour l’évaluer approximativement, il est utile de considérer la température de surface d’un objet solide non réfléchissant et absorbant le même flux énergétique moyen que la Terre (235 W/m2, c’est-à-dire le flux solaire incident moins l’albédo). Sa température serait de l’ordre de − 18 °C, c’est-à-dire 33 °C de moins que s’il était recouvert d’une atmosphère équivalente à la nôtre (la température moyenne terrestre est environ de 15 °C). Cette différence énorme est établie en considérant un flux moyen arrivant sur un corps idéal. Pour calculer le changement de température en chaque point de la surface terrestre, il faudrait tenir compte des variations d’insolation liées à l’angle d’incidence des rayons du Soleil, qui varie en fonction des latitudes et des saisons. Néanmoins, cette comparaison simple illustre bien l’importance de l’isolation thermique liée à l’effet de serre.
11Le concept d’« effet de serre » a vu le jour au début du xixe siècle. En 1824, le physicien français Joseph Fourier publie ses « Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires ». Il y expose une idée originale : l’enveloppe atmosphérique du globe se comporte comme le vitrage d’une serre. L’analogie lui a été suggérée par les travaux du Suisse Horace Bénédict de Saussure à la fin du xviiie siècle. Ce naturaliste polyvalent, physicien, géologue, climatologue et alpiniste à ses heures, avait construit un appareil qui est un peu l’ancêtre du panneau solaire moderne. Son « héliothermomètre » était constitué de caisses de verre emboîtées les unes dans les autres, munies de thermomètres, pour montrer que, plus on va vers le centre, plus la température s’élève (Saussure, 1779-1796). À propos de cette expérience, Fourier écrit : « la température peut être augmentée par l’interposition de l’atmosphère, parce que la chaleur trouve moins d’obstacle pour pénétrer l’air, étant à l’état de lumière, qu’elle n’en trouve pour repasser dans l’air lorsqu’elle est convertie en chaleur obscure » (Fourier, 1824, p. 155).
12Grâce à ses travaux théoriques sur la diffusion de la chaleur, Fourier comprend tout à fait l’importance des enveloppes fluides de la Terre dans les transferts de chaleur à grande échelle. Il écrit ainsi que la Terre est plongée dans la température du ciel planétaire mais qu’elle « est échauffée par les rayons solaires, dont l’inégale distribution produit la diversité des climats » (p. 137). « Tous les effets terrestres de la chaleur du soleil sont modifiés par l’interposition de l’atmosphère et par la présence des eaux. Les grands mouvemens de ces fluides rendent la distribution [des températures] plus uniforme » (p. 165).
13Quelques années plus tard, le physicien français Claude Pouillet (1838) puis l’Irlandais John Tyndall (1863a) attribueront l’effet de serre à la vapeur d’eau et au gaz carbonique. Tyndall se distingua particulièrement par ses expériences réalisées à l’aide d’un spectrophotomètre, dont le tube pouvait être rempli de gaz différents. Convaincu de l’importance du phénomène, il dépeint avec des accents dramatiques une Angleterre dont l’atmosphère serait dépourvue d’effet de serre : « Cette vapeur d’eau est une couverture encore plus indispensable pour la végétation de l’Angleterre que les vêtements ne le sont pour un Homme. Ôtez, pendant une seule nuit d’été, cette vapeur d’eau de l’air qui baigne notre contrée, et vous détruiriez assurément toutes les plantes craignant les gelées. La chaleur de nos champs et jardins s’épandrait sans retour vers l’espace, et le Soleil se lèverait sur une île marquée d’une main de fer par le gel […], sa présence limiterait les pertes de la Terre ; son absence, sans altérer la transparence de l’air, ouvrirait grand une porte par laquelle la chaleur terrestre s’échapperait vers l’infini » (Tyndall, 1863b, p. 102).
14Soulignons toutefois que l’image de l’effet de serre, bien que commode, n’est pas tout à fait exacte. Dans la serre, l’air chaud reste essentiellement piégé par la cage de verre parce que la convection thermique est bloquée : l’air chaud ne peut pas se propager vers l’extérieur. En revanche, dans l’atmosphère, courants d’air chaud et d’air froid circulent librement. La chaleur est piégée à la surface de la Terre parce que certains composants absorbent les infrarouges émis par la surface.
15La Terre n’est d’ailleurs pas la seule planète concernée. Un effet de serre existe par exemple sur Vénus et sur Mars, qui possèdent toutes deux une atmosphère opaque aux infrarouges. Plus proche du Soleil que ne l’est la Terre, Vénus reçoit un flux énergétique presque double de celui reçu par la Terre. Mais son atmosphère, très dense et nuageuse, en réfléchit environ 80 %. On pourrait donc penser que la température au sol est plus basse sur Vénus que sur la Terre. Pourtant, les sondes spatiales ont relevé quelque 460 °C. C’est qu’une atmosphère composée pour l’essentiel de gaz carbonique rend l’effet de serre particulièrement intense. Une situation équivalente à celle qui prévaudrait sur Terre si tout le carbone terrestre contenu dans les réservoirs géologiques (calcaires et carbone organique) et des océans était converti en gaz carbonique. Sur Mars, dont l’atmosphère est également plus riche en dioxyde de carbone que l’atmosphère terrestre, l’effet de serre est beaucoup plus modeste et ne réchauffe la surface de la planète que d’une dizaine de degrés (la température moyenne est de − 55 °C). Trois raisons à cela : la faible pression au sol (environ cent fois plus faible que sur Terre), l’absence de vapeur d’eau et la présence de poussières – dont l’effet est globalement équivalent à celui de nos aérosols – injectées dans la haute atmosphère lors des tempêtes martiennes.
16Les conditions hospitalières que nous connaissons sur Terre dépendent d’une combinaison fortuite entre la distance par rapport au Soleil et la composition chimique de l’atmosphère, paramètres qui conditionnent l’état physique de l’eau sur notre planète. Si le flux solaire était vraiment beaucoup plus important qu’il n’est actuellement, l’eau des océans serait rapidement vaporisée, ce qui engendrerait un énorme effet de serre. Un emballement se produirait même si la température dépassait celle du point critique de l’eau, à partir de laquelle elle ne peut plus être sous forme liquide. Au contraire, si le Soleil s’affaiblissait suffisamment longtemps pour que les océans gèlent et que la neige recouvre les continents, la surface de la Terre réfléchirait l’essentiel du flux solaire. De plus, l’effet de serre de la vapeur d’eau diminuerait considérablement. Ces conditions tendraient à établir un climat extrêmement froid et stable, au moins tant que les volcans ne viennent, lentement mais sûrement, augmenter la concentration atmosphérique en gaz carbonique. Fort heureusement, la catastrophe chaude n’est jamais arrivée, car nous ne serions certainement pas là pour en parler. L’état de Terre gelée semble avoir eu lieu pendant certaines périodes très reculées, entre 3 milliards et 600 millions d’années.
17Aujourd’hui, l’effet de serre terrestre est l’objet de nombreuses inquiétudes, car les activités humaines ont perturbé notablement l’équilibre atmosphérique. La figure 3 résume les changements du bilan radiatif moyen depuis le xixe siècle. Les variations, par exemple de la composition atmosphérique, peuvent être converties en équivalent de forçage radiatif exprimé en watts par mètre carré (W/m2), positif (partie supérieure) tendant à réchauffer le climat et négatif (partie inférieure) pour les effets refroidissants. À gauche sont regroupés les changements dus aux gaz à effet de serre qui représentent au total une augmentation de l’ordre de 3 W/m2, c’est-à-dire environ 1 % du flux solaire. Pour l’essentiel, cette augmentation est liée à la combustion de carbones fossiles et à leur transformation en gaz carbonique.
18Le chimiste suédois Svante Arrhenius a été le premier, en 1896, à prédire une augmentation de la température moyenne de la Terre comme conséquence de l’utilisation industrielle des combustibles fossiles. Il voyait même là le moyen d’atténuer la rudesse du climat scandinave : « Comme ce serait merveilleux si les émissions humaines de gaz carbonique vers l’atmosphère pouvaient augmenter d’autant le climat de la Terre. Nous en serions heureux en Suède ! »
Figure 3

Bilan des changements de 1850 à 2000 de certains paramètres agissant sur le climat. Les variations sont converties en équivalent de forçage radiatif en watts par mètre carré (positif, partie supérieure ; négatif, partie inférieure). À gauche sont regroupés les changements dus aux gaz à effet de serre, au milieu les autres effets d’origine anthropique (réflexion des aérosols, action des aérosols sur la nébulosité, modification de la réflectivité des surfaces continentales), et enfin à droite les fluctuations naturelles du flux solaire et des poussières et aérosols volcaniques. Certains effets indirects sont représentés par des barres horizontales dans les colonnes (à savoir l’action du CH4 sur O3 et H2O, la destruction de l’ozone stratosphérique par l’intermédiaire des CFC, l’effet des ultraviolets solaires sur l’Ο3). Les barres verticales représentent les marges de dispersion des estimations. On peut noter que l’influence des gaz à effet de serre est connue avec une meilleure précision que celle liée aux aérosols. L’effet des volcans est très incertain et la colonne représente en fait la gamme des moyennes décennales. Modifié d’après Hansen et al. (2000) ; voir aussi Bard (2002b).
19La figure 4 montre l’augmentation de la température atmosphérique moyenne dans la seconde moitié du siècle dernier. La tendance est clairement au réchauffement mondial. Après des années de doutes et de controverses, il apparaît maintenant que l’essentiel de cette augmentation, d’environ 1 °C par siècle, peut être attribuée à l’augmentation de l’effet de serre résultant des activités humaines ou anthropiques.
20Une conséquence directe du réchauffement mondial actuel est une dilatation des couches superficielles de l’océan. Les estimations les plus récentes indiquent un taux actuel de remontée du niveau marin de l’ordre de 25 cm par siècle. Ces fluctuations ont pu être suivies pendant la dernière décennie par altimétrie satellitale et sont résumées sur le premier panneau de la figure 5. Les deux autres panneaux de ce graphique remettent en perspective les changements récents du niveau de la mer.
Figure 4

Changements de la moyenne mondiale de température de surface. Cette évolution moyenne est fondée sur des mesures réalisées par les stations météorologiques et par les satellites pour la surface de l’océan. D’après Hansen et al. (2002).
21Ceux-ci viennent se surimposer à des variations naturelles liées aux glaciations à l’échelle de plusieurs dizaines de milliers d’années et à des changements de la géométrie des océans à l’échelle de plusieurs centaines de millions d’années.
22Cette mise en perspective n’est pas destinée à minimiser les variations récentes, bien au contraire, mais souligne la nécessité de suivre et de quantifier les changements climatiques à toutes les échelles de temps afin de pouvoir détecter des variations significatives, en particulier celles effectivement liées à nos activités. Un diagramme très simplifié (fig. 6) présente donc les principales causes des changements du climat en fonction de leurs constantes de temps en unités logarithmiques. Au niveau a et au niveau b sont distingués les forçages externes au système climatique, en c les réarrangements internes au système et finalement, en d, les effets anthropiques. L’intérêt de ce diagramme est de montrer que les différentes origines de fluctuations climatiques possèdent leurs caractéristiques temporelles propres mais qu’elles peuvent aussi interférer les unes avec les autres. Tenir compte de la lente dérive des continents pour prévoir le climat du prochain siècle est sans doute superflu mais, comme nous le verrons plus loin, il est indispensable de replacer les changements anthropiques dans un contexte nettement plus large que le dernier siècle.
Figure 5

Variations à court, moyen et long terme du niveau de la mer. Il faut noter que les échelles de temps et de niveaux marins sont très différentes pour les trois panneaux de ce graphique. Données publiées par Cabanes et al. (2001), Waelbroeck et al. (2002) et Vail et al. (1984).
23Le genre humain a toujours été confronté à des changements climatiques majeurs. C’est même probablement son adaptabilité à tous les climats qui le singularise. Une magnifique illustration en est donnée par la grotte Cosquer découverte en 1991 dans les Calanques de Marseille (fig. 7). L’entrée de cette grotte est maintenant située à 37 mètres sous le niveau actuel de la Méditerranée, mais pendant la dernière glaciation l’homme préhistorique pouvait y pénétrer, comme en témoignent ces représentations de chevaux et, plus rares, de ces pingouins qui nous rappellent l’extrême rudesse du climat de cette époque (fig. 8). Aussi impressionnantes qu’elles puissent être, ces représentations ne permettent pas de véritablement quantifier les changements climatiques. Les spécialistes ont donc recherché des sources documentaires, ou archives climatiques, dans lesquelles ils peuvent lire les fluctuations de paramètres comme la température, le niveau marin ou la pluviosité.
Figure 6

Schéma en unité logarithmique présentant les principales causes de changements du climat ainsi que quelques exemples caractéristiques de fluctuations climatiques. Aux niveaux a et b sont distingués les forçages externes au système climatique, en c les réarrangements internes au système et finalement, en d, les effets anthropiques. Modifié d’après Kutzbach (1974).
24Ces archives sont de nature géologique au sens large du terme. L’information climatique y est enregistrée par de nombreux paramètres physico-chimiques ou même biologiques qui sont liés aux conditions environnementales lors du dépôt de ces archives. Pour les sédiments marins, on peut faire une liste des principaux outils du paléo-climatologue fondés sur les microfossiles, des rapports isotopiques ou certaines molécules et atomes disséminés à l’état de trace dans les roches sédimentaires. On peut faire de même pour les glaces polaires avec une mention particulière pour les bulles d’air qu’elles contiennent et qui permettent de remonter aux teneurs passées des gaz à effet de serre. Les récifs coralliens, quant à eux, donnent un accès privilégié aux variations du niveau marin. Ces listes ne sont évidemment pas exhaustives et l’on pourrait en détailler d’autres pour le bois fossile, les dépôts de lacs, les stalagmites et même les documents historiques pour les périodes les plus récentes.
Figure 7

Vue en coupe et perspective de la grotte Cosquer (Calanques de Marseille). L’entrée de cette grotte est maintenant située à 37 mètres sous le niveau actuel de la Méditerranée, mais, pendant la dernière glaciation, l’homme préhistorique pouvait y pénétrer. Modifié d’après Clottes et Courtin (1994, p. 199).
Figure 8

Peintures préhistoriques de la grotte Cosquer représentant des chevaux et des pingouins (il s’agit d’un oiseau exterminé par l’homme qui vivait encore au xixe siècle en Islande, au Groenland et dans le golfe du Saint-Laurent). Crédit photographique : ministère de la Culture. A. Chéné – Centre Camille-Jullian – CNRS.
25Collecter ces archives ne se fait pas sans mal. Pour les sédiments océaniques, la communauté scientifique dispose d’une flotte de navires de recherche dont l’un des fleurons est sans conteste le Marion Dufresne. La figure 9 montre en particulier le carottier géant utilisé pour forer de longues séquences sédimentaires continues et bien préservées. D’autres techniques de forage permettent d’étudier les récifs coralliens et de reconstituer les changements du niveau des mers en utilisant des fossiles de certaines espèces, comme cet acropore des Caraïbes présenté en figure 10. De retour au laboratoire, les chercheurs décortiquent ensuite la matière même de ces archives et mesurent les indicateurs physico-chimiques ou biologiques qui ont fidèlement enregistré les paramètres climatiques. Le paléo-climatologue se change donc en spécialiste de techniques analytiques pointues, comme la spectrométrie de masse ou la chromatographie (fig. 11).
Figure 9

Navire de recherche Marion Dufresne et carottier géant utilisé pour forer de longues séquences sédimentaires continues et bien préservées. Crédit photographique : F. Delbart et P. Sangiardi, Institut Paul-Émile Victor.
Figure 10

Colonie de corail Acropora palmata de La Barbade et récif corallien de Tahiti. Les coraux qui construisent les récifs et les atolls donnent accès à une information particulièrement précise sur l’évolution du niveau de la mer. Crédit photographique : J. Orempüller, IRD.
Figure 11

Accélérateur Tandetron de Gif-sur-Yvette et spectromètre de masse à thermo-ionisation du CEREGE. Jusqu’à ces dernières années, les âges radiocarbone et uranium-thorium étaient déduits respectivement de la mesure des radioactivités bêta et alpha des échantillons. Des développements techniques récents permettent maintenant de compter directement les atomes radioactifs en les séparant suivant leur masse et leur énergie grâce à des électro-aimants et des déflecteurs électrostatiques (voir aussi Bard, 1999). Crédit photographique : LSCE CEA-CNRS et société Micromass VG.
26Après ce bref aperçu du métier d’enquêteur en paléoclimatologie, j’aimerais concrétiser mon propos en vous montrant quelques grands types de variations climatiques dont les causes principales sont soit externes à la Terre, soit internes au système atmosphère-hydrosphère-cryosphère.
27À l’échelle des dernières centaines de milliers d’années, l’évolution du climat se caractérise par des cycles glaciaires-interglaciaires. La cause principale en est la cyclicité de la répartition géographique de l’insolation due à des changements des paramètres de l’orbite terrestre. Les trois cycles majeurs sont liés aux variations de l’excentricité de cette orbite, de l’obliquité de l’axe de rotation de la Terre et enfin de la précession des équinoxes (fig. 12). La théorie astronomique des glaciations a été formulée dans les années 1930 par l’astronome serbe Milutin Milanković. Néanmoins, ce n’est qu’au cours des dernières décennies que les chercheurs ont pu reconstituer des séries temporelles bien datées pour tous les compartiments du système climatique. Ces données confirment la puissance explicative de la théorie de Milanković. À titre d’illustration, et parmi de nombreux autres enregistrements, la figure 13 montre les cycles de l’insolation des 400 000 dernières années, ainsi que les fluctuations de paramètres climatiques comme le niveau marin mondial, la teneur atmosphérique en gaz carbonique, les températures de l’air en Antarctique et des eaux de surface de l’océan Indien. Toutes ces évolutions sont clairement en phase et indiquent que la répartition de l’insolation exerce un contrôle majeur sur la cryosphère, le cycle du carbone, l’atmosphère et l’océan.
Figure 12

Variations des paramètres de l’orbite terrestre qui modifient la répartition géographique de l’insolation. La figure résume les trois cycles majeurs liés aux variations de l’excentricité de cette orbite, de l’obliquité de l’axe de rotation de la Terre et enfin de la précession des équinoxes. L’influence des changements orbitaux pour expliquer les glaciations avait été envisagée et étudiée au xixe siècle par le Français Joseph Adhémar et par l’Écossais James Croll. La théorie astronomique des glaciations a été formulée de manière plus exacte et plus rigoureuse dans les années 1930 par le Serbe Milutin Milanković.
28Chaque transition glaciaire-interglaciaire, marquée par la fonte des calottes continentales et la remontée du niveau marin, est prévue par la théorie astronomique, mais sa vitesse et son amplitude sont augmentées par des interactions complexes entre l’océan, l’atmosphère et les calottes de glace. En particulier, la dernière déglaciation, entre 20 000 ans et 6 000 ans avant nos jours, a entraîné une formidable remontée du niveau marin mondial d’environ 120 mètres. La chronologie de cette période tourmentée a pu être reconstituée grâce à des forages de récifs coralliens et des mesures géochronologiques précises (fig. 14). Durant cette période, de nombreux autres paramètres climatiques et océanographiques ont subi des variations de premier ordre : réchauffement mondial de l’ordre de 5 °C, augmentation d’environ 40 % des teneurs atmosphériques en gaz à effet de serre (gaz carbonique et méthane), diminution de la vitesse des vents, réorganisation de la circulation océanique, etc. Un des résultats majeurs est aussi la découverte de variations brusques du niveau marin qui correspondent à des périodes de débâcle glaciaire. Par exemple, un tel événement a eu lieu vers 14 000 ans avant nos jours et a été marqué par une hausse rapide du niveau mondial à un taux supérieur au mètre par siècle, donc beaucoup plus rapide que la hausse observée pendant le dernier siècle.
Figure 13

Quatre derniers cycles glaciaires. La figure montre les cycles de l’insolation des 400 000 dernières années et les fluctuations du niveau marin mondial, la teneur atmosphérique en gaz carbonique, les températures de l’air en Antarctique et des eaux de surface de l’océan Indien. Toutes ces évolutions sont clairement en phase et indiquent que la répartition de l’insolation exerce un contrôle majeur sur la cryosphère, le cycle du carbone, l’atmosphère et l’océan. Données publiées par Berger et Loutre (1991), Laskar et al. (1993), Waelbroeck et al. (2002), Petit et al. (1999) et Bard et Sonzogni (en préparation).
29À la fin des années 1980, le géologue allemand Hartmut Heinrich a découvert que ces débâcles étaient très fréquentes en période glaciaire, lorsque les calottes continentales recouvraient le nord des continents. La calotte Laurentide qui couvrait alors le Canada rabotait littéralement les roches du socle nord-américain (fig. 15). Ces débris finement broyés étaient ensuite transportés par les icebergs, qui les ont disséminés en Atlantique Nord. Ces débris détritiques glaciaires sont concentrés dans les sédiments marins sous la forme de couches dont l’épaisseur s’amenuise à mesure que l’on s’éloigne de la baie d’Hudson.
Figure 14

Évolution du niveau marin déduite de l’analyse de carottages réalisés dans les récifs coralliens de Tahiti (triangles) et de La Barbade (carrés). Entre 20 000 ans et 6 000 ans avant nos jours, la dernière déglaciation a entraîné une formidable remontée du niveau marin mondial d’environ 120 mètres. Données publiées par Bard et al. (1990a, 1990b, 1996).
30À ce niveau, il est indispensable de rappeler que les débâcles glaciaires ont eu lieu dans une région très importante pour la circulation océanique mondiale. En effet, les différents bassins océaniques échangent des masses d’eau en surface et en profondeur. Il existe en particulier une gigantesque boucle d’échange, appelée « circulation thermo-haline mondiale », dont la formation d’eau profonde est principalement localisée en Atlantique Nord (fig. 16). La plongée des eaux superficielles est très sensible au bilan hydrologique local et, en particulier, à la dilution de l’eau de mer par les pluies ou la fonte d’icebergs.
Figure 15

Schéma illustrant un événement de Heinrich. Les icebergs transportaient des débris rocheux finement broyés par la calotte de glace, qui étaient ensuite disséminés dans les sédiments de l’Atlantique Nord. Modifié d’après Bard (2002c).
Figure 16

Schéma représentant la circulation thermo-haline mondiale. Les différents bassins océaniques échangent des masses d’eau en surface et en profondeur. Il existe en particulier une gigantesque boucle d’échange dont la formation d’eau profonde est principalement localisée en Atlantique Nord. Modifié d’après Broecker (1991).
31L’injection d’énormes quantités de glaces continentales pendant les événements de Heinrich a diminué la densité de l’eau de mer, freinant ainsi considérablement cette circulation thermo-haline. La conséquence directe de ces variations de la circulation océanique a été un refroidissement généralisé en Atlantique Nord et sur les continents limitrophes. Les fréquentes débâcles d’icebergs se sont conjuguées à d’autres modifications du cycle hydrologique, pour générer des fluctuations climatiques extrêmement brusques et de grande amplitude. Ces variations ont été identifiées dans les années 1980 par le glaciologue danois Willi Dansgaard et le géochimiste suisse Hans Oeschger.
32La figure 17 présente plusieurs enregistrements pour les 100 000 dernières années qui illustrent bien la fréquence et l’impact climatique des événements de Heinrich et de Dansgaard-Oeschger. Lors des transitions, la température de l’air au niveau du Groenland change environ d’une quinzaine de degrés en moins d’un siècle. Les fluctuations de la température de l’océan de surface sont plus limitées, mais peuvent atteindre plus de 5 °C sur la même échelle de temps. Ces enregistrements montrent bien que les refroidissements correspondent précisément aux injections de sédiments détritiques glaciaires, les fameux événements de Heinrich. L’abondance de débris glaciaires est enregistrée sur la troisième courbe en fonction du temps alors que les deux photographies prises sous une loupe binoculaire montrent le contraste entre les deux types de sédiments. Les minéraux détritiques des couches de Heinrich sont principalement des grains de quartz. À l’aide de marqueurs isotopiques, il est possible de suivre l’intensité de la circulation profonde atlantique. Les enregistrements montrent clairement que les variations de la température sont intimement liées à celles de la formation d’eau profonde (fig. 17b et fig. 17d). Des études fondées sur l’abondance relative des pollens préservés dans les sédiments océaniques ou lacustres permettent d’étudier l’impact de ces changements climatiques brusques sur l’Europe et la côte est de l’Amérique du Nord. Comme le montre le panneau focalisé sur une dizaine de milliers d’années, la végétation du sud de l’Europe oscillait entre une steppe froide et sèche et des forêts arborées typiques d’un climat tempéré (fig. 17e).
Figure 17

Enregistrements climatiques et océanographiques pour les 100 000 dernières années dans la zone de l’Atlantique Nord : température de l’air au niveau du Groenland calculée à partir du rapport 18O/16O de la glace (a), température de l’océan de surface calculée à partir de l’abondance des molécules alcènones contenues dans les sédiments marins (b), abondance de sédiment détritique glaciaire fondée sur la susceptibilité magnétique des sédiments marins (c), index de ventilation de l’océan profond fondé sur le rapport 13C/12C des foraminifères benthiques contenus dans les sédiments marins (d), index climatique continental fondé sur la distribution des pollens contenus dans les sédiments marins (e). Données publiées par Johnsen et al. (2001), Bard et al. (2000b), Pailler et Bard (2002), Thouveny et al. (2000), Shackleton et al. (2000), Sánchez-Goñi et al. (2000). Les labels Hn sous les enregistrements indiquent les principaux événements de Heinrich. Modifié d’après Bard (2002c).
En dessous, deux photographies prises sous la loupe binoculaire montrent le contraste entre le sédiment glaciaire typique et les niveaux de Heinrich. Les minéraux détritiques (à gauche) sont principalement des grains de quartz. Crédit photographique : E. Cortijo, LSCE CNRS-CEA.
33Le modèle conceptuel conçu en comparant les enregistrements paléoclimatiques a pu être testé par la modélisation numérique. Les cartes de la figure 18 représentent les anomalies de la température atmosphérique simulées par un modèle couplant l’atmosphère et l’océan. Le bilan hydrologique en Atlantique Nord y a été perturbé de façon modérée et régulière par injection d’eau de fonte. En revanche, la réponse climatique est amplifiée de façon drastique avec des changements thermiques d’une dizaine de degrés au Groenland et en Atlantique Nord. Des études théoriques complémentaires indiquent que le couple océan-atmosphère réagit de façon non linéaire en basculant d’un état chaud à un état froid lorsque le flux d’eau douce en Atlantique Nord dépasse un seuil critique. Le système océan-atmosphère présente donc plusieurs états, ou modes, caractérisés par des circulations océaniques profondes très différentes. Un point fondamental est que la vitesse de cette bascule climatique est indépendante de celle de la perturbation de départ. Les transitions ne durent en effet que quelques décennies, ce qui est compatible avec les données observées dans les glaces du Groenland et les sédiments de l’Atlantique.
Figure 18

Cartes des anomalies de la température atmosphérique simulée par un modèle couplant l’atmosphère et l’océan. Le bilan hydrologique en Atlantique Nord y a été perturbé par injection d’eau de fonte afin de modéliser les intervalles chauds (événements de Dansgaard-Oeschger, panneau du haut) et les débâcles d’icebergs (événements de Heinrich, panneau du bas). Modifié d’après Ganopolski et Rahmstorf (2001).
34Après avoir donné quelques détails concernant des variations dont les causes sont soit externes, soit internes au système climatique, j’aimerais maintenant me tourner vers un passé encore un peu plus récent et une cause dont l’influence est l’objet de quelques controverses.
35Notre Soleil est le moteur de la machine climatique, mais son flux énergétique n’est pas strictement constant dans le temps. Grâce aux mesures réalisées par les sondes spatiales, il apparaît que l’éclairement du Soleil fluctue à court terme. Par exemple, le cycle solaire de onze ans est accompagné par une variation d’éclairement total d’environ 0,1 %. Le premier panneau de la figure 19 montre ces fluctuations pour les deux derniers cycles solaires. Ce qui peut paraître paradoxal et n’était pas connu avant l’exploration spatiale, c’est que l’éclairement augmente avec le nombre de taches solaires. Ces taches assombrissent le Soleil, mais leur effet est somme toute masqué par celui de zones brillantes associées aux taches sombres.
36Plusieurs équipes d’astrophysiciens ont développé des modèles pour convertir les observations de l’activité solaire en termes d’éclairement pour les quatre derniers siècles. La courbe du panneau intermédiaire résume ces études et suggère que l’éclairement solaire varie aussi à long terme, avec des périodes de faible valeur correspondant aux baisses d’activité du Soleil. La plus connue de ces phases de calme solaire a eu lieu entre 1645 et 1715, période pendant laquelle les taches solaires étaient pratiquement absentes. Son importance a été particulièrement soulignée par l’astronome anglais Edward Walter Maunder à la fin du xixe siècle. À plus long terme, il est possible d’utiliser des marqueurs isotopiques afin d’estimer approximativement les variations de l’éclairement solaire. Un résultat majeur de ces études est que le minimum de Maunder n’est qu’un minimum parmi de nombreux autres et que le Soleil a passé une partie importante des derniers millénaires en phase calme, avec un éclairement généralement un peu plus faible que la valeur actuelle.
Figure 19

Variations temporelles de l’éclairement solaire (la « constante solaire »). Comme le suggèrent les deux derniers cycles solaires (panneau du haut), l’éclairement fluctue selon des cycles de 11 ans. Nous sommes actuellement dans le cycle 23 (le premier cycle a été centré sur 1760). La variation de l’éclairement estimée à partir des observations des taches solaires est représentée par la courbe du panneau intermédiaire. Les minima ont été baptisés d’après les noms de scientifiques : (1) Wolf (2) Spörer (3) Maunder (4) Dalton. Le minimum de Maunder, entre 1645 et 1715, est le plus connu ; durant cette période, les taches solaires étaient pratiquement absentes. Ces résultats sont confirmés par la reconstitution approximative (panneau du bas) des fluctuations d’éclairement à partir des cosmonucléides. Données publiées par Willson (1997), Lean et al. (1995), Bard et al. (2000a) ; voir aussi Bard (2002a).
37L’impact climatique de ces fluctuations solaires est encore l’objet de beaucoup d’incertitudes. Néanmoins, de nombreux chercheurs pensent que ces variations irrégulières sont responsables de tendances climatiques à l’échelle de quelques siècles. Pour le dernier millénaire, cette variabilité se caractérise par des changements thermiques relativement limités en amplitude et en vitesse. En effet, la gamme de variation de la moyenne de température mondiale est de l’ordre d’un degré, ce qui pose même quelques problèmes de détection du signal (fig. 20). Il semble cependant que la période la plus froide du millénaire ait eu lieu à partir de 1450 pour se poursuivre jusqu’à la fin du xixe siècle. Cette phase froide, communément appelée « Petit Âge glaciaire », a été particulièrement intense en Europe et aurait succédé à une période médiévale généralement plus clémente. Le Petit Âge glaciaire s’est terminé de façon assez rapide, ce qui conduit de nombreux auteurs à penser que d’autres facteurs contribuent au réchauffement récent.
38La figure 21 montre un agrandissement du diagramme d’évolution thermique pour les quatre derniers siècles. Grâce aux mesures directes de la température, il est clair que l’atmosphère s’est réchauffée de pratiquement un degré depuis le milieu du xixe siècle. Comme le rappellent les deux panneaux suivants, cette période correspond justement à l’augmentation des gaz à effet de serre, comme le gaz carbonique et le méthane, augmentation due aux activités humaines. Cependant, ces deux dernières courbes sont de forme exponentielle et ne semblent pas être responsables de la phase initiale du réchauffement observée pendant la première moitié du xxe siècle. D’autres causes naturelles comme l’augmentation de l’éclairement solaire ou la diminution de la fréquence des injections de poussières et d’aérosols d’origine volcanique pourraient avoir contribué à cette phase initiale du réchauffement mondial.
Figure 20

Changements de la température moyenne de l’atmosphère de l’hémisphère Nord pendant le dernier millénaire. Les différentes courbes présentent des reconstitutions fondées sur des données instrumentales (trait épais), des séries paléoclimatiques (courbes continues) et des simulations par des modèles numériques (courbes discontinues). Modifié d’après Mann (2002).
Figure 21

Diagramme présentant les évolutions de paramètres climatiques pendant les quatre derniers siècles : la température de l’hémisphère Nord, les teneurs en gaz carbonique et en méthane, l’éclairement solaire et la fréquence des injections de poussières et d’aérosols d’origine volcanique. Données publiées par Bradley et Jones (1993), Raynaud et al. (1993), Lean et al. (1995), Lamb (1970).
39Comme je l’ai déjà dit au début de cette leçon, l’accélération du réchauffement observée sur les vingt-cinq dernières années dépasse probablement la variabilité naturelle. Cette augmentation ne semble visiblement pas pouvoir être reliée quantitativement aux changements naturels du Soleil et des volcans. En outre, de nombreux travaux de modélisation climatique suggèrent que les augmentations récentes des teneurs atmosphériques du gaz carbonique et du méthane sont les deux causes principales du réchauffement des dernières décennies.
40Prévoir le climat des prochains siècles est certainement une tâche extrêmement ardue car, en plus des incertitudes scientifiques et techniques, il est nécessaire de tenir compte de l’évolution de la population mondiale et de sa consommation d’énergie. Ces facteurs sociologiques et économiques ne relèvent pas du domaine de la climatologie et compliquent notablement les prévisions.
41Pour rester dans le domaine scientifique et illustrer brièvement la difficulté de la modélisation du climat futur, je présente deux simulations à long terme (fig. 22) réalisées grâce au même modèle couplé océan-atmosphère qui nous avait servi pour étudier les événements de Heinrich et de Dansgaard-Oeschger. Ces deux cartes présentent les anomalies de température pour l’année 2 500 par rapport au début de l’ère industrielle. Les deux simulations tiennent compte de la même évolution du gaz carbonique atmosphérique, mais diffèrent seulement par certains détails du traitement du bilan hydrologique en Atlantique Nord. Les réchauffements moyens sont similaires, d’un peu plus de 3 °C. Cela masque en fait des contrastes régionaux, en particulier en Atlantique Nord, qui présente pour la seconde simulation une tendance au refroidissement atteignant plus de 4 °C. La raison de cette différence régionale marquée est que, dans le premier cas, la circulation thermo-haline est restée stable alors que, dans le second, le climat a basculé dans un état caractérisé par une circulation océanique profonde beaucoup plus faible.
Figure 22

Deux prévisions climatiques à long terme réalisées à l’aide d’un modèle numérique océan-atmosphère. Ces cartes présentent les anomalies de température pour l’année 2500 par rapport au début de l’ère industrielle. Les deux simulations tiennent compte de la même évolution du gaz carbonique atmosphérique, mais diffèrent seulement par certains détails du traitement du bilan hydrologique en Atlantique Nord. Les réchauffements mondiaux moyens sont similaires (environ 3 °C), mais la différence principale est localisée en Atlantique Nord, qui présente pour la seconde simulation une tendance au refroidissement atteignant plus de 4 °C. La raison de cette différence régionale marquée est que, dans le premier cas, la circulation thermo-haline est restée stable alors que, dans le second, le climat a basculé dans un état caractérisé par une circulation océanique profonde beaucoup plus faible. Modifié d’après Rahmstorf et Ganopolski (1999).
42Mon but, en présentant cet exemple de modélisation parmi beaucoup d’autres, n’est pas seulement de vous faire prendre conscience de l’étendue du réchauffement mondial qui nous attend, en toute logique, mais aussi de rappeler que de nombreuses incertitudes subsistent encore dans notre compréhension des mécanismes climatiques. La présence de nombreux phénomènes non linéaires complique singulièrement la prévision des changements du climat.
43Depuis la fin des années 1980, un groupe international d’experts a été mis en place par l’Organisation météorologique mondiale et l’Organisation des Nations unies (ONU). Ce comité, appelé le GIEC pour Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (en anglais IPCC pour Intergovernmental Panel on Climate Change), établit régulièrement un rapport de synthèse des résultats scientifiques acquis sur les changements climatiques récents. Le troisième rapport, publié en 2001, fait plus de 3 000 pages et est le fruit de la collaboration de centaines de spécialistes.
44Le rapport du GIEC fournit aussi des prévisions de l’émission des principaux gaz à effet de serre et aérosols. Ces scénarios reposent sur des hypothèses plausibles quant au développement technologique, à l’évolution démographique, à la croissance économique et à la mondialisation. Les différentes prévisions proposées par le GIEC offrent un large spectre d’évolutions possibles jusqu’à l’année 2100 qui peuvent être utilisées par les modélisateurs du climat. À titre d’illustration, la concentration en gaz carbonique atmosphérique atteindrait entre 500 à 1 000 ppm en 2100. Grâce à l’utilisation de nouvelles technologies de dépollution de l’air, la production d’aérosols soufrés passerait au-dessous des valeurs actuelles, dans tous les cas envisagés.
45En utilisant différents modèles climatiques, il ressort que la température moyenne mondiale augmenterait de 1,5 à 6 °C entre 1990 et 2100. Cette large fourchette indique que des progrès doivent être réalisés pour mieux modéliser l’influence des changements anthropiques sur le système climatique. Il faut néanmoins reconnaître que la première source d’erreur ne réside pas dans la science du climat, mais dans les scénarios d’émission de gaz à effet de serre, c’est-à-dire des hypothèses démographiques, économiques et technologiques. Lorsque les simulations climatiques perpétuent un usage intensif des combustibles fossiles, la fourchette des prévisions est plus haute et resserrée – entre 3 °C et 6 °C de plus à l’horizon 2100. C’est en tenant compte de scénarios où l’usage des énergies fossiles est plus raisonnable que la limite basse du changement climatique démarre à 1,5 °C.
46Il est surprenant de constater que la prévision faite par Svante Arrhenius il y a plus d’un siècle est compatible avec celles du GIEC ! En effet, le célèbre chimiste suédois avait annoncé qu’un doublement de la teneur en gaz carbonique consécutif au développement industriel se traduirait par un réchauffement mondial de la planète de l’ordre de 5 à 6 °C. Svante Arrhenius avait aussi calculé qu’un refroidissement mondial d’environ 4 à 5 °C accompagnait les glaciations et pouvait être expliqué par une diminution d’environ 40 % de la teneur atmosphérique en gaz carbonique (valeurs étonnamment proches de la réalité alors qu’il n’avait aucune information paléoclimatique chiffrée). Ces accords apparents sont en fait un peu fortuits, car Arrhenius ne disposait pas de données spectroscopiques fiables sur les gaz à effet de serre et n’avait pas envisagé la multitude de rétroactions positives et négatives qui caractérisent notre climat. Il refusait en outre d’admettre la possibilité des changements de la distribution de l’insolation liées aux variations de l’orbite terrestre, hypothèse défendue à l’époque par l’Écossais James Croll.
47D’après les modélisations considérées par le GIEC, le changement climatique serait très différent suivant les régions et le réchauffement serait particulièrement marqué sur les continents. Les précipitations augmenteraient aux moyennes et hautes latitudes de l’hémisphère Nord. Le réchauffement mondial serait aussi propagé vers les couches superficielles de l’océan, qui se dilateraient en conséquence. L’élévation du niveau moyen mondial des mers se situerait entre 10 et 90 cm d’ici à l’année 2100. Des études récentes, américaines et françaises, ont effectivement montré une correspondance précise entre le réchauffement des différents océans et la montée régionale du niveau marin observés sur les dix dernières années.
48La production du rapport du GIEC, commandité par des organisations internationales, représente une tâche énorme réalisée après accord consensuel de nombreux scientifiques compétents. Cependant, certains aspects techniques ont été critiqués. Pour des raisons politiques, le gouvernement américain a même demandé à son Académie des sciences de produire un rapport d’évaluation sur le changement climatique et, plus précisément, sur la fiabilité du rapport du GIEC. Certains ont cru y voir la demande d’un « contre-rapport » destiné à satisfaire le lobby pétrolier américain qui lutte contre toute limitation de la combustion des carburants ! Le comité scientifique de l’Académie des sciences était composé d’une douzaine de météorologues et climatologues américains très réputés. Contrairement à ce qu’auraient peut-être attendu certains, le nouveau rapport, publié à la fin de l’année 2001, confirme la fiabilité de l’énorme travail réalisé par le GIEC. Le comité américain insiste juste sur le fait que les incertitudes liées aux différentes études et prévisions devraient être encore mieux « articulées », en particulier au niveau du grand public et des décideurs politiques. En fait, le rapport du GIEC soulignait déjà les nombreuses sources d’erreurs possibles et les nombreux sujets encore mal compris. Le risque est qu’en attendant d’avoir davantage de preuves du réchauffement mondial et davantage de précisions sur ces prévisions, nous soyons engagés de manière irréversible vers un changement climatique majeur comparable à ceux des derniers milliers d’années.
49J’espère que ce bref voyage à travers l’histoire du climat vous aura convaincus que les différentes causes des variations climatiques peuvent se combiner alors que leurs durées ne sont pas les mêmes. Bien que les conditions du système climatique ne se répètent jamais à l’identique, établir une histoire du climat est indispensable pour qui veut comprendre et prévoir les variations futures. En effet, de nombreux types de variations climatiques ont été simplement décrites avant de pouvoir être comprises quantitativement par la modélisation numérique. Le paléoclimatologue doit s’efforcer d’acquérir la rigueur du climatologue « actualiste » tout en gardant l’œil du naturaliste. De même, le modélisateur du climat doit tenir compte des données d’observation à court terme et à long terme, et s’efforcer de prendre en compte les échanges d’énergie et de matière entre tous les compartiments du système climatique, à savoir l’atmosphère, l’hydrosphère, la cryosphère, la biosphère et la lithosphère, sans oublier d’y inclure les effets anthropiques.
50Il est de tradition de conclure une leçon inaugurale en évoquant son trajet personnel. Une carrière scientifique est souvent un mélange complexe de vocation initiale, d’opportunités saisies ou manquées, et de rencontres fortuites avec d’autres scientifiques. J’évoquerai donc brièvement ce parcours, ce qui me donnera l’opportunité de remercier les personnes qui m’ont généreusement prodigué leur aide ou leurs conseils et sans qui je ne serais pas ici ce soir.
51Mon intérêt pour les sciences de la Terre a commencé très tôt, en fait aussi loin que ma mémoire me permet de remonter. Cette passion précoce a été entretenue par mes parents jusqu’à mes études en classes préparatoires puis à l’École nationale supérieure de géologie de Nancy. Je garde un excellent souvenir de ces études d’ingénieur, qui m’ont familiarisé avec des notions rigoureuses de mathématiques, de physique et de chimie – outils qui rendent possible la quantification des processus en sciences de la Terre. Les enseignements de l’École nationale supérieure de géologie de Nancy étaient surtout destinés à des applications directes vers les industries pétrolières et minières, le génie civil et l’hydrogéologie. Néanmoins, l’École a aussi des liens privilégiés avec des laboratoires scientifiques, parmi eux le Centre de recherches pétrographiques et géochimiques, au sein duquel plusieurs professeurs réputés effectuent leurs recherches. En tant qu’élève ingénieur, j’ai passé du temps à synthétiser des minéraux à très haute pression et à haute température. Mes professeurs de géodynamique chimique, comme Francis Albarède et Alain Weisbrod, sont donc en partie responsables de mon orientation vers la recherche.
52En parallèle de cette passion pour les sciences de la Terre, j’étais de plus en plus impliqué dans des fouilles archéologiques qui occupaient l’essentiel de mes congés estivaux. Au début des années 1980, je compris que la géochronologie isotopique serait probablement le meilleur moyen de garder un pied en géochimie et d’avoir l’autre en archéologie préhistorique. À la suite d’un stage de fouille à Tautavel, Henry de Lumley m’introduisit auprès des géochimistes travaillant au Centre des faibles radioactivités à Gif-sur-Yvette, laboratoire dépendant à la fois du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et du Commissariat à l’énergie atomique (CEA).
53C’est donc au début de 1985 que je rejoignis l’équipe, nouvellement créée, de spectrométrie de masse par accélérateur. Le but de mon travail de thèse, sous la direction bienveillante de Jean-Claude Duplessy, était d’une part de dater les sédiments marins utilisés en paléoclimatologie et, d’autre part, de suivre la pénétration dans l’océan du gaz carbonique atmosphérique marqué par le carbone 14 d’origine thermonucléaire. De ces années de doctorat, je remercie particulièrement Maurice Arnold, qui m’enseigna les bases techniques de la spectrométrie de masse et me communiqua sa passion de la précision analytique.
54Avec un tel programme de doctorat en relation avec les paléoclimats et les échanges de gaz carbonique entre l’atmosphère et l’océan, j’étais inévitablement immergé dans l’abondante littérature de Wallace Broecker, professeur de l’université Columbia à New York. Son laboratoire du Lamont-Doherty Earth Observatory était pour moi le centre du monde scientifique, et je le remercie encore de m’y avoir accueilli comme chercheur postdoctoral puis comme chargé de recherche.
55J’eus la chance d’arriver à New York au moment où Richard Fairbanks organisait une première expédition océanographique pour étudier le niveau marin à l’aide de coraux de l’île de La Barbade. Ma seconde chance était de ne plus avoir accès à un accélérateur de particules, ce qui m’obligea à me tourner vers d’autres méthodes et techniques analytiques. Au même moment, une équipe de géochimie isotopique de Californie publiait d’importants travaux sur l’utilisation de la spectrométrie de masse des isotopes mineurs des chaînes radioactives de l’uranium et du thorium. C’était précisément la même approche que j’avais utilisée pour le carbone 14 pendant ma thèse : la spectrométrie de masse est en effet beaucoup plus précise, car elle permet de compter les atomes radioactifs directement avant leur désintégration. Ces isotopes sont cependant difficiles à mesurer et je suis reconnaissant à Bruno Hamelin, qui m’a appris comment séparer et purifier ces éléments, et enfin les analyser à des teneurs très faibles grâce à la spectrométrie de masse.
56Après un bref retour à Gif-sur-Yvette, Bruno Hamelin et Daniel Nahon réussirent à me convaincre de venir les aider à construire et à développer de nouveaux laboratoires de géochimie entre Marseille et Aix-en-Provence et qui dépendent du CNRS et de l’université d’Aix-Marseille. L’avantage de la création du CEREGE est que nous n’avions pas véritablement de contraintes logistiques et thématiques, ce qui me permit de m’intéresser aux applications de la géochimie organique dans le domaine de la paléoclimatologie.
57Pour cette partie la plus récente de l’histoire, je remercie ma femme et collègue de travail Frauke Rostek, qui passe maintenant une grande partie de son temps au laboratoire de chromatographie en phase gazeuse du CEREGE. Frauke partage évidemment beaucoup plus que ma passion scientifique. Sans vouloir m’attarder sur ces aspects personnels, je veux cependant lui rendre hommage et la remercier pour sa patience affectueuse, qui lui a permis de faire face à nombre de mes tourments et à mes inquiétudes.
58Je vous remercie de votre attention.
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