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Le climat à découvert

 | 
Catherine Jeandel
, 
Rémy Mosseri

Troisième partie. Observations et indicateurs climatiques

14. Paléothermométrie continentale

Dominique Genty, Valérie Daux et Odile Peyron

Texte intégral

1Les méthodes de reconstruction des paléotempératures sur le continent sont variées et inégales en termes de résolution temporelle et spatiale : utilisation des températures de forages (effectués dans différentes formations sur les continents) pour estimer les variations thermiques des derniers siècles, recours aux isotopes* de la cellulose des arbres pour déterminer la température d’été, etc. On distingue, d’une part, les méthodes de reconstruction à partir d’assemblages (insectes, grains de pollens, chironomes*) et de liens statistiques entre les espèces et les milieux environnementaux, et, d’autre part, les méthodes physico-chimiques comme les méthodes isotopiques qui permettent de calculer les températures à partir de mesures sur la cellulose des arbres, la calcite* des spéléothèmes* ou des ostracodes*, ou les phosphates des dents de grands mammifères. Les assemblages de coléoptères ont aussi permis de reconstituer les températures saisonnières en Angleterre sur les dernières 22 000 années. Toutefois, cette technique reste marginale par rapport à celle basée sur les assemblages polliniques qui peut s’appliquer à de nombreux lacs ainsi qu’aux fonds marins.

Les grains de pollen

2Les sédiments* terrestres (issus des tourbières* et des lacs) accumulent les grains de pollen émis par les plantes au cours du temps : ce sont des archives de la végétation et des paléoclimats. Les sédiments marins proches du continent sont davantage utilisés pour retracer un signal climatique régional ou global. La reconstitution quantitative des paramètres climatiques (températures, précipitations, saisonnalité) à partir de données polliniques n’est pas à strictement parler un paléothermomètre, mais elle se fait par l’application de différentes méthodes statistiques basées sur des concepts différents (cf. IV-1). On distingue les méthodes basées sur les assemblages polliniques actuels (comme la méthode des meilleurs analogues ou MAT*), les méthodes basées sur les taxons indicateurs*, les fonctions de transfert et la récente modélisation inverse* basée sur l’utilisation d’un modèle de végétation.

Variation des températures maximales (moyennées d’avril à septembre) de 1306 à 2007 reconstruites avec le δ18O des chênes de la forêt de Fontainebleau. La courbe noire épaisse représente une valeur moyenne mobile sur 49 ans. Etien et al., 2009 et données non publiées

3Ces reconstructions climatiques issues des assemblages polliniques peuvent atteindre une résolution temporelle équivalente aux archives glaciaires (soit quelques dizaines à quelques centaines d’années) et permettent de quantifier les variations climatiques au cours du Quaternaire (voire des périodes antérieures). Mais elles sont surtout utilisées pour quantifier les paléotempératures et les paléoprécipitations au cours du dernier cycle climatique et de l’Holocène.

Les cernes d’arbre

4Les conditions climatiques locales participent à la régulation de la croissance des arbres. Dans certaines conditions, les variations interannuelles des largeurs des cernes de croissance et de la densité du bois – corrigées des effets liés à l’âge des individus et intégrées sur un grand nombre d’arbres – peuvent être utilisées pour reconstituer les variations passées de la température (figure). Ce type de données présente le grand intérêt d’offrir une résolution annuelle. Les chronologies peuvent couvrir plusieurs siècles, parfois plusieurs millénaires (de telles chronologies sont établies à partir de très vieux arbres vivants et/ou de bois d’œuvre utilisé pour les constructions, voire de bois fossile). Depuis quelques années, on utilise également la composition isotopique de l’oxygène et du carbone de la cellulose des cernes comme indicateurs de température atmosphérique (la plupart du temps d’été). Cette approche, encore exploratoire, a livré quelques reconstructions pluri-centenaires de température dans différents contextes avec une précision de l’ordre du degré. Dans certains contextes (régions peu humides, sols très drainés, etc.), la composition isotopique de la cellulose des arbres est contrôlée au premier ordre par la disponibilité en eau. Dans de tels cas, la reconstitution dendro-isotopique des températures donne des résultats mitigés.

Les spéléothèmes

5Les spéléothèmes sont des concrétions calcaires qui se forment dans les grottes et qui présentent l’avantage d’offrir de multiples indicateurs de reconstruction des climats passés (proxies) : isotopes de la calcite (δ18Ocalcite, δ13Ccalcite), isotopes des inclusions fluides piégées dans la calcite (δD, δ18O), éléments traces (Sr, Ba, Mg, U, etc.), matière organique (lipides, acides aminés). La pétrographie* (étude de l’agencement des cristaux de calcite) et la vitesse de croissance des concrétions (mesurée grâce aux couches de croissance annuelles et aux datations radiométriques) sont également de bons proxies car elles dépendent de facteurs environnementaux (quantité d’eau qui s’écoule, humidité de l’air, densité de végétation au-dessus de la grotte, etc.) eux-mêmes liés au climat.

Appelée méthode du Δ47, elle exprime la surabondance des isotopologues de masse 47 du CO2 (13C18O16O) issu de l’attaque acide du carbonate. Appliquée à des spéléothèmes déposés à l’équilibre thermodynamique, cette méthode permet de reconstituer la température de précipitation indépendamment de la méthode classique qui, elle, utilise le δ18O de la calcite et celui des inclusions fluides. Cependant, des tests effectués sur des dépôts modernes issus de grottes du sud de la France et d’expérimentations in vitro montrent l’existence d’un effet cinétique lors de la précipitation liée aux fortes vitesses de dégazage du CO2 ou à l’évaporation. Dans ce cas, la température ne peut être calculée qu’en utilisant conjointement la mesure du Δ47 et celle du δ18O de la calcite et des inclusions fluides. Les spéléothèmes pouvant être datés précisément par des techniques radiométriques (uranium-thorium), ces méthodes isotopiques permettent de reconstruire des chroniques de paléotempératures continentales, potentiellement jusqu’à environ - 500 000 ans.

Bibliographie

Références bibliographiques

• D. MC CARROLL and N. J. LOADER - « Stable Isotopes in Tree Rings », Quaternary Science Reviews, n° 23, 2004.

• S. BREWER, J. GUIOT and D. BARBONI - « Pollen data as climate proxies », in Encyclopedia of Quaternary Sciences, S. Elias ed., 2007.

• F. MC DERMOTT - « Paleo-Climate Reconstruction from Stable Isotope Variations in Speleothems : a Review », Quaternary Science Reviews, n° 23, 2004.

Annexes

Une méthode récente et prometteuse permet de reconstituer les paléotempératures des grottes (proches des températures moyennes annuelles) uniquement à partir des isotopes de la phase minérale de la calcite, et donc de s’affranchir, théoriquement, de l’extraction délicate de l’eau des inclusions fluide. Elle implique des isotopologues* de la molécule CO32- et repose sur la thermodépendance des échanges isotopiques entre ces différentes molécules :

Table des illustrations

Légende Variation des températures maximales (moyennées d’avril à septembre) de 1306 à 2007 reconstruites avec le δ18O des chênes de la forêt de Fontainebleau. La courbe noire épaisse représente une valeur moyenne mobile sur 49 ans. Etien et al., 2009 et données non publiées
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Auteurs

Paléoclimatologue, Directeur de Recherche au CNRS, Responsable de l’équipe « Glaces et Continent, Climat et Isotopes Stables », LSCE, Gif-sur-Yvette.
dominique.genty@lsce.ipsl.fr

Géochimiste de la surface, LSCE, Gif-sur-Yvette.
valerie.daux@lsce.ipsl.fr

Biologiste paléoclimatologue, Chargée de Recherche au CNRS, LCE, Besançon.
odile.peyron@univ-fcomte.fr

© CNRS Éditions, 2011

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