Dossier : Climat   
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Les changements abrupts du climat
Extrait de la Lettre n°15 Programme International Géosphère Biosphère-Programme Mondial de Recherches sur le Climat (PIGB-PMRC)


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L'apparente stabilité du climat durant la période glaciaire a été régulièrement interrompue par des oscillations rapides, d'une durée comprise entre la décennie et le millénaire.




   

On a longtemps cru que l'évolution climatique de la Terre avait été relativement lente depuis plusieurs centaines de milliers d'années, et que les périodes glaciaires et interglaciaires se succèdaient tous les 100 000 ans selon un rythme régulier imposé par les variations cycliques de l'insolation. On avait bien observé toutefois le coup de froid brutal du Younger Dryas vers la fin de la dernière déglaciation, mais il demeurait une sorte d'exception. On sait maintenant que cette apparente stabilité a été régulièrement interrompue par des oscillations rapides du climat, d'une durée comprise entre la décennie et le millénaire. Ces oscillations sont mémorisées tant dans les carottes de glace (Dansgaard et al, 1993), que dans les carottes marines (Heinrich, 1988).




Les cycles de Dansgaard-Oeschger
Les anomalies climatiques découvertes dans les carottes de glace du Groenland ont révélé des refroidissements rapides (5 à 10°C en quelques siècles) suivis de réchauffements très rapides (quelques décennies) et ce durant l'ensemble du dernier stade glaciaire. Ces anomalies appelées «cycles de Dansgaard-Oeschger» seraient intervenues approximativement tous les 1500 ans. Elles ont été aussi observées dans les sédiments océaniques. Grâce au programme IMAGES entre autres, le carottier géant du Marion-Dufresne (IPEV,Institut Paul-Emile Victor) a permis de prélever des séries sédimentaires mises en place durant le dernier glaciaire. On y observe la trace des événements rapides, mais on note aussi la présence d'événements froids beaucoup plus imposants, intervenant eux tous les 7 000 à 8 000 ans, appelés désormais «événements de Heinrich».



Les événements de Heinrich
Ces événements identifiés dans l'Atlantique Nord (entre 40 et 60°N) se traduisent par des arrivées soudaines et massives de sables et débris grossiers transportés par des icebergs. Ces découvertes surprenantes ont stimulé durant la dernière décennies une trés forte activité de recherche, ainsi qu'en témoignent les 200 articles publiés sur le sujet (cf. compilations de Grousset, 2001 et de Broecker and Hemming, 2002).


 


1 : Succession des événements de Dansgaard/Oeschger
 

Les causes ?
Parallèlement à la lecture directe de la mémoire paléoclimatique contenue dans les carottes océaniques, continentales et de glace, les modélisateurs ont tenté de simuler le déclenchement des événements de Heinrich , afin de comprendre les mécanismes et processus qui en furent responsables . L'explication élaborée par des modélisateurs semble recueillir actuellement un fort consensus dans la communauté internationale : la calotte Laurentide se serait effondrée tous les 7000 ans environ sous l'effet de sa propre dynamique (Mc Ayeal, 1993). La glace s'accumulant pendant plusieurs millénaires sur l'Amérique du Nord aurait atteint progressivement une épaisseur telle que la chaleur tellurique ne serait plus parvenue à se dissiper vers l'atmosphère. Les sédiments sous- jacents auraient alors fondu, induisant un effondrement de la calotte, à l'origine des icebergs émis vers l'océan puis dispersés par les vents d'Ouest renforcés durant ces périodes. Leur fonte aurait alors injecté des quantités d'eau douce considérables dans les eaux de surface de l'Atlantique Nord. C'est très exactement ce qui a pu être confirmé grâce à l'étude des variations de la composition isotopique des foraminifères planctoniques (i'e. qui vivent dans les eaux de surface) accumulés dans les sédiments marins durant ces périodes. Ces injections d'eau douce ont eu aussi pour effet de stratifier l'océan, de ralentir la formation d'eaux profondes dans les hautes latitudes, et donc de ralentir (ou même de bloquer ?) la circulation globale thermohaline (Broecker, 1994, 1997).

A cette théorie du «forçage interne» (dynamique interne des calottes de glace) s'oppose l'hypothèse du «forçage externe» (variation d'insolation, d'activité solaire, etc. ). Cette vision opposée est fondée sur le fait que ces anomalies ne sont pas seulement visibles aux abords de la calotte de glace Nord américaine, mais qu'elles sont visibles dans tout l'hémisphère Nord ! Ces événements ont en effet été observés en de très nombreux points du globe, dans des séries glaciaires (Groenland, glaciers des Montagnes Rocheuses), des séries océaniques et des séries continentales (sédiments lacustres, loess, spéléothèmes, etc. ). Toutefois, selon Wallace Broecker (1994), ces événements seraient bien déclenchés par la seule dynamique de la calotte Laurentide(Canada/Groenland), mais leurs effets se seraient propagés - via l'atmosphère - à l'ensemble de l'hémisphère Nord, en réponse à des modifications de l'intensité de la circulation thermohaline induites par les débâcles d'icebergs dans l'Atlantique Nord. Mais on comprend mal alors pourquoi les événements de Heinrich et les cycles de Dansgaard-Oeschger semblent avoir des causes et des réponses sensiblement différentes. D'ailleurs, ce même auteur reconnaissait récemment que : «'jusqu. présent, personne n'a été capable de décrire comment s'articulent les mécanismes qui sont capables d'induire de tels changements dans l'océan et dans l'atmosphère. ».





2 : Succession des événements de Dansgaard/Oeschger dans les archives glaciaires du Groenland et des événements de Heinrich dans les sédiments marins de l'Atlantique Nord
 

Les fluctuations climatiques rapides au cours de l'Holocène ?
Il reste aujourd'hui beaucoup de glace en Antarctique et au Groenland. On est en droit de se demander si de tels événements pourraient intervenir dans les décennies ou les siècles à venir, ainsi que l'ont suggéré Broecker (1997) ou Alley et al. (1997). On sait en effet que ces secousses climatiques ne sont pas une caractéristique des seules périodes glaciaires. Bien que l'interglaciaire actuel «Holocène» semble caractérisé par une variabilité climatique très modérée, il a été montré que des phases de débâcles d'icebergs de faible amplitude seraient intervenues dans l'Atlantique Nord, tous les 1500 ans en moyenne (Bond et al, 1999), fréquence caractéristique des oscillations de Dansgaard-Oeschger. Le «petit âge glaciaire» pourrait représenter la dernière de ces anomalies. Par ailleurs, les carottes du Groenland GRIP et GISP-2 ont révélé qu'un coup de froid brutal (perte de 6°C en moins d'un siècle !) a affecté l'hémisphère Nord il y a 8 200 ans, soit durant la période Holocène (Alley et al, 1997). De même que pour les événements de Heinrich, on a pu montrer que des changements hydrologiques associés à cet événement ont conduit à un refroidissement en Europe (von Grafenstein et al, 1999). Dans les siècles à venir, un relargage massif d'icebergs du Groenland pourrait-il ralentir la boucle thermohaline ? Si un événement de moindre ampleur devait se produire, on pourrait s'attendre alors à un refroidissement en Europe (Duplessy, 1997). Il interviendrait paradoxalement dans un contexte de réchauffement global de la planète. Cependant les temps mis en jeu font qu'une telle fonte ne concerne pas les décennies à venir.



Les questions
En fait, avant de pouvoir envisager l'évolution future, de nombreuses questions restent encore à résoudre. Citons en quelques unes.

Quelle est la séquence exacte de processus et mécanismes qui pilote ces accidents ? Ainsi que le suggèrentplusieurs enregistrements marins, il existerait un événement précurseur, annonciateur (ou déclencheur ?) des événements abrupts du climat. Est-il lié au comportement des calottes européennes (Grousset et al, 2001) ? ouà celui de la Laurentide (Don Barber, comm. pers. ) ?

Les anomalies climatiques ont-elles un caractère global ou régional ? Il semblerait qu'un déphasage puisse être mis en é vidence entre les deux hémisphères : ainsi, les événements de Heinrich observés en Atlantique Nord (Bond et al, 1992) ne seraient pas en phase avec leurs homologues observés dans les sédiments de l'Atlantique Sud, liés eux à des effondrements de la calotte Antartique (Kanfoush et al, 2000). Les simulations produites par les modèles semblent confirmer de tels déphasages (Ganopolski et Rahmstorf, 2001). Une avancée sur ce problème pourrait être réalisée en travaillant sur des carottes de la marge nord-est de l'Océan Atlantique. En effet, il semblerait que les sédiments accumulés dans cette zone auraient enregistré simultanément la mémoire de l'histoire climatique des deux hémisphères (Shackleton, 2001).

Paradoxalement, on a mis en évidence des réponses contrastées sur les deux bordures de l'Atlantique. Ainsi, alors qu'un accroissement de la pluviosité et de la température est observé durant les événements de Heinrich en Floride (Grimm et al, 1993) et au Brésil (Arz et al, 1998), une aridification et un refroidissement sont observés simultanément dans la péninsule ibérique (Sanchez-Goni et al, 2000) et en Afrique équatoriale ouest (Broecker and Hemming, 2002). Comment expliquer cette opposition longitudinale si étonnante ? Ne faudrait-il pas explorer mieux l'histoire des paléocirculations atmosphériques durant ces périodes ?

Enfin, les événements de Heinrich ont aussi des équivalents (pics d'accroissement soudain de la quantité des poussières d'origine désertique) parfaitement synchrones dans les carottes de glace du Groenland datés en âges calendaires. Ils impliquent une réorganisation profonde des circulations atmosphériques, des perturbations de l'albédo, des transferts d'humidité, du pouvoir érosif des vents. Autant de changements majeurs qui ont eu des conséquences non négligeables sur les populations humaines (d'Errico et al, 2000), et dont il faudra approfon dir l'étude.



L'importance de la chronologie
La résolution des questions posées ci-dessus nécessite de bien contraindre le synchronisme (ou l'asynchronisme) des événements en divers lieux, ce qui soulève le problème de la validité des échelles chronologiques utilisées. Les recherches menées sur ce synchronisme nécessitent des datations extrêmement précises. Or dans le domaine océanique, des imprécisions sur les datations sont induites par la difficulté à corriger les âges 14C durant la période considérée. En effet, les âges doivent être calibrés de manière à les transformer en âges calendaires comparables aux dates obtenues dans les carottes de glace par exemple. Quelle méthode de calibration utiliser ? Par ailleurs, on se heurte au problème de la correction des «âges-réservoirs» qui peuvent varier d'un pointà l'autre du globe, suivant le temps de résidence des masses d'eau concernées (Waelbroeck et al, 2001). On peut même imaginer qu'en un même lieu, cet l'âge-réservoir a pû varier au cours d'un événement, du fait de l'ajout d'eau douce ancienne issue de la fonte des icebergs. Enfin, il est difficile de corréler les événements marins avec les événements visibles sur les continents. Ainsi, les datations de moraines grâce par les cosmonucléides (36Cl ), sont altérées par une imprécision de l'ordre de quelques milliers d'années.

Il semblerait néanmoins qu'une piste s'ouvre d'une part avec les séries polliniques dans les carottes marines, qui permettaient de contraindre le synchronisme des événements océaniques et continentaux (Sanchez-Goni et al, 2000 ; voir article dans ce numéro) et, d'autre part, avec les spéléothèmes (voir article dans ce numéro) qui permettent une datation absolue (U/Th) des événements enregistrés sur le continent




Perspective : mieux quantifier les archives du passé
Afin de mieux comprendre les mécanismes mis en cause lors de ces événements, les modélisateurs doivent disposer de données suffisamment contraintes. Dans ce cadre il est nécessaire de continuer à travailler sur les archives du passé afin de quantifier certains paramètres mal connus avant, pendant et après les événements. Citons par exemple, les variations d'intensité de la circulation thermohaline ; l'impact sur l'albédo des variations saisonnières de l'extension de la glace de mer dans les deux hémisphères ; le rôle de l'accroissement soudain de la charge en poussières de l'atmosphère sur son refroidissement soudain ; les variations du bilan hydrique sur les continents (aridité/pluviosité) ; la dynamique mal connue des calottes de glace européennes et l'importance de leurs relargages d'icebergs sur la circulation thermohaline, etc. Il va falloir aussi améliorer la résolution des études de séries continentales, afin de mieux préciser le climat continental durant les événements.

On ne progressera vers une meilleure compréhension de ces accidents climatiques qu'en combinant les données fournies par les trois réservoirs majeurs : l'atmosphère (calottes de glace), l'océan et les continents, et en améliorant les modéles associés.



Contact : Francis GROUSSET
CNRS (UMR 5805 EPOC) - Université Bordeaux I,
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