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Vestiges du 58

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Publié le par vestige 58 et Patrimoine 58
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La recherche française sur le climat

Les thèmes de recherche

Paléoclimatologie

 

Pour les figures voir le lien 1
 

Introduction
Jusqu'à présent, les recherches en paléoclimatologie ont largement mis l'accent sur les grands changements climatiques caractéristiques des cycles glaciaires, plutôt que sur les variations récentes longtemps considérées comme négligeables. Des fluctuations climatiques séculaires ont, cependant, eu un impact important sur les activités humaines en Europe, par exemple lors du Petit Age Glaciaire ou de l’optimum climatique du Moyen-Age. L'étude de ces fluctuations récentes nécessitent des archives climatiques bien datées et une haute résolution temporelle, et des méthodologies permettant de reconstruire quantitativement des paramètres climatiques dont les variations sont de faible amplitude. Trois types de matériel semblent offrir ces avantages : pour le domaine continental, les anneaux d’arbre et les glaciers ; pour le milieu marin, les coraux massifs. La complexité spatiale des fluctuations climatiques récentes justifie une couverture géographique la plus large possible.

Il est indispensable de reconstruire la variabilité climatique au cours du dernier millénaire afin de mettre en perspective le réchauffement récent dans le contexte de la variabilité naturelle du climat (avant l'émission massive de gaz à effet de serre dans l'atmosphère). Les mécanismes climatiques responsables de cette variabilité naturelle sont mal connus. A l'échelle interannuelle, les grandes oscillations de type El Niño, dans les tropiques, ou Oscillation Nord Atlantique (NAO), qui affectent le climat européen, semblent résulter d'interactions entre océan et atmosphère. Acquérir des enregistrements longs de ces oscillations à haute fréquence devrait permettre de mieux comprendre leurs mécanismes et contribuer à explorer la possibilité de prédire les variations climatiques à échelle saisonnière, annuelle ou décennale. Pour ces raisons les activités liées à l'étude de la variabilité récente du climat bénéficient d'une dynamique forte sur le plan international autour du programme CLIVAR (CLImate VARiability and predictability) et du rapport IPCC (International Panel on Climate Change). Différents forçages climatiques externes sont à prendre en compte à cette échelle de temps : volcanisme, activité solaire, gaz à effet de serre, aérosols... L'utilisation de simulations longues à l'aide de modèles couplés océan-banquise-atmosphère s'avère indispensable pour séparer les impacts de ces différents forçages de la variabilité interne au système climatique.
Nous dressons d'abord un bilan rapide de l'implication des laboratoires français dans cette thématique, des projets en cours et de leurs développements futurs.

L’étude des anneaux d’arbres
L‘ étude de l'épaisseur et de la densité des cernes d'arbres permet de reconstruire à l'échelle annuelle les variations des paramètres qui déterminent la croissance des arbres (selon les sites, température, humidité ou précipitations). Elle contribue également à mieux cerner l'impact (climatique et de fertilisation) d'une augmentation du CO2 sur les écosystèmes forestiers. La densité du bois est difficilement mesurable sur les feuillus, mais les résineux s'y prêtent très bien. C'est l'approche multi-espèces et multi-paramètres qui permet de reconstruire la variabilité du climat pour le dernier millénaire, en particulier celle liée à l'oscillation Nord-Atlantique (figure 1).

La composition isotopique de la cellulose des cernes (teneurs en deutérium et carbone 13) contient également des informations climatiques. Ce type d’étude est conduit actuellement en collaboration entre l'IMEP et le LSCE, ainsi qu’à l’Université de Lyon. Suivant le site étudié et la profondeur racinaire, le carbone 13 est un indicateur des précipitations d'été (comme en Bretagne et au Pays Basque, sites étudiés par le LSCE et l’IMEP) ou de la température de printemps, comme au Nord de la Chine (site étudié par l'Université de Lyon). Pour ce dernier site, la teneur en deutérium apporte, elle, une information sur les précipitations. A plus long terme, une reconstitution de carbone 13 effectuée sur des chênes de Bretagne met en évidence un refroidissement entre 1770 et 1880 et une augmentation de la température et des précipitations entre les XIX et XXième siècles (figure 2).

L’utilisation de la glace et des névés à échelle des derniers siècles

Estimation de la variabilité du forçage solaire
Le beryllium 10 (10Be) est produit par les rayonnements cosmiques plus ou moins déviés par le champs magnétique du vent solaire. Lorsque l’activité solaire connaît un fléchissement, la production en 10Be à la surface de la Terre s’en trouve intensifiée. Le 10Be (mesuré au CSNSM Orsay) présent dans l’atmosphère est lessivé par les précipitations et les variations d'abondance sont alors bien préservées dans la glace. Grâce à de telles mesures effectuées dans la glace du Pôle Sud, les variations du forçage solaire ont été estimées au CEREGE pour le dernier millier d’années. Ceci devrait permettre de mieux cerner la contribution solaire aux variations climatiques lors d’événements comme l’Optimum Climatique du Moyen Age ou le petit Age Glaciaire. Ces estimations sont en bon accord avec celles effectuées sur le 14C des anneaux d’arbres.

La variabilité climatique enregistrée au Groenland
Les investigations menées dans ce domaine ont été effectuées dans le cadre de 3 projets européens : EUROCORE, GRIP et HANS TAUSEN. Les teneurs en deutérium ou oxygène 18 de la glace enregistrent les fluctuations climatiques (température) dans les glaces du Groenland tandis que l'utilisation conjointe de ces deux isotopes donne accès aux conditions de température et d'humidité des régions oécaniques d'où proviennent les précipitations. Cette approche, effectuée au LSCE, suggère un refroidissement de l'Atlantique Nord au Petit Age Glaciaire (figure 3).

La variabilité climatique enregistrée en Antarctique
Les analyses isotopiques ont été effectuées par le LSCE au Law Dome, site côtier de l'Antarctique en secteur Indien-Pacifique (collaboration franco-australienne). L’analyse spectrale des enregistrements met en évidence une forte variabilité (interannuelle et décennale) qui pourrait être reliée au phénomène ENSO. En effet, les données météorologiques des stations côtières antarctiques montrent une propagation des anomalies ENSO autour de l'Antarctique. L'analyse des glaces tend à démontrer qu’un tel mécanisme pourrait avoir fonctionné au cours du dernier millénaire.

Evolution des glaciers de montagnes au cours du dernier siècle
Ces investigations sont menées par le LGGE sur des glaciers des Alpes, de la Scandinavie, de l'Oural ou des Rocheuses. Ces études basées sur l'analyse des bilans de masse ont l'avantage d'intégrer l'influence de tous les paramètres météorologiques. De telles mesures permettent d'étudier la répartition dans l'espace et le temps des changements climatiques à l'échelle de l'année pour tous les massifs glaciaires de la planète où l'on dispose de relevés et de modéliser ces fluctuations pour calculer la contribution des glaciers à la hausse des niveaux marins dans l'hypothèse d'un réchauffement futur.

Apport de la géochimie appliquée à l’aragonite des coraux
Les coraux massifs sont considérés comme les meilleurs enregistreurs de la variabilité climatique des zones tropicales océaniques. En effet le squelette d’aragonite du corail enregistre en continu, parfois sur plusieurs siècles les fluctuations de température, de salinité et d’ensoleillement. La vitesse de formation rapide et l’existence de bandes de croissance saisonnières en font un matériel idéal pour étudier la paléoclimatologie récente en liaison avec l’Oscillation Nord Atlantique ou El Niño. De telles études sont développées à L’IRD (ex-ORSTOM), au CEREGE et au LSCE.

Les éléments traces
Les éléments traces comme Sr, U, Ba ou Mg sont inclus dans la structure minérale de l’aragonite; les rapports Sr/Ca, U/Ca, ou Mg/Ca dépendent de la température ; Ba/Ca est un traceur de la productivité de l’eau de mer et de l’intensité des upwellings. Des résultats satisfaisants ont été obtenus aux Bermudes sur le genre Diploria, en Nouvelle Calédonie sur Porites par le CEREGE et l’IRD, à l’aide de techniques différentes (respectivement TIMS et ICPMS). Suivant la zone concernée, ces traceurs permettent de reconstituer la variabilité interannuelle de la température, de faire apparaître la variabilité interdécennale ou de distinguer des événements comme le Petit Age Glaciaire. Il a été ainsi montré (IRD) que les températures du XVII et XVIIIième siècle étaient, en Nouvelle-Calédonie, généralement inférieures aux températures actuelles.

L’analyse des isotopes stables de l’oxygène de carbone
Bien que l’oxygène de l’aragonite soit en déséquilibre isotopique avec le milieu, le rapport 18O/16O dépend de la température et de la composition isotopique de l'eau. Des expériences faites en aquarium à l’OOE (Observatoire Océanographique Européen), permettent de ne faire varier qu’un seul paramètre. De telles expériences ont fourni des calibrations effectuées sur plusieurs colonies de genres différents; les relations obtenues sont en bon accord avec les équations déjà publiées. Les études paléoclimatiques faites sur un site particulier nécessitent pour chaque colonie une calibration rigoureuse en fonction des paramètres météorologiques mesurés à proximité. Les teneurs en oxygène 18 d’un corail de Moorea ont été comparées aux températures (moyennes annuelles) ce qui conduit à une relation qui permet de reconstituer la variabilité de la température au cours des 130 dernières années. Celle-ci montre une augmentation de 1,2°C depuis le début du siècle, une périodicité de 35 ans et des anomalies en liaison avec El Niño (figure 4).

Cette reconstitution n’est possible que si la variabilité annuelle de l'oxygène 18 de l’eau est faible ou négligeable comme à Moorea. L’utilisation conjointe des traceurs éléments traces/Ca et oxygène 18 de l’aragonite permet de distinguer la fluctuation de la température d’une part et la variation de l'oxygène 18 de l’eau, de l’autre. Aux Seychelles, la comparaison de 18O/16O et des données météorologiques montre que le rapport isotopique varie à la fois avec la température et les précipitations. La mesure couplée, qui est en cours, doit nous permettre de distinguer les variations de température (en liaison avec El Niño) et celles liées aux précipitations abondantes (qui coïncident avec une mousson faible).

L’analyse du rapport 13C/12C fournit un indicateur supplémentaire. A Moorea une anomalie isotopique en Carbone se produit lors de la migration vers le Nord de la SPCZ (South Pacific Convergence Zone) qui se traduit par un ensoleillement anormal durant une saison habituellement pluvieuse. Le mécanisme précis n’est pas encore élucidé. A Tahiti, une telle anomalie est suivie un an après par une anomalie de 18O et révèle l’influence d’El Niño.

Le corail est donc un indicateur à la fois du milieu océanique et des perturbations atmosphériques à l'échelle interannuelle et interdécadale.

Pour les figures voir le lien 1

 

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