La cause des âges glaciaires quaternaires : les paramètres orbitaux

Reprenons là où nous nous en étions arrêté la dernière fois et continuons notre découverte de l’évolution du climat récent. Nous allons voir quelles sont les causes à l’origine des alternances de périodes glaciaires et interglaciaires. Bien sûr, de très nombreux facteurs influent sur le climat de la Terre : la composition de l’atmosphère, le volcanisme, l’activité solaire, aujourd’hui les activités humaines …

Cependant, cela ne suffit pas à expliquer la mise en place d’un cycle comportant une alternance de périodes glaciaires et interglaciaires sur des temps relativement courts. La solution a été trouvée par Milutin Milankovitch, un scientifique yougoslave du début du XXème siècle. Milankovitch a démontré que la cyclicité des périodes glaciaires quaternaires était due aux paramètres orbitaux de la Terre. Ce sont trois paramètres qui caractérisent l’orbite de la Terre autour du soleil. Chaque paramètre varie selon un cycle régulier.

Le premier paramètre est l’excentricité de l’orbite terrestre autour de notre étoile. La forme de l’orbite de la Terre varie selon un cycle d’environ 100 000 ans (et un plus long de 400 000 ans). Elle passe d’une forme quasiment circulaire à plus elliptique. Lorsque l’orbite est de forme elliptique, le soleil occupe un des deux foyers de l’ellipse. Cela signifie que la distance Terre-Soleil n’est pas constante au cours d’une année. Lorsqu’elle se situe au point de l’ellipse le plus proche du soleil, on dit que la Terre est au Périhélion. Lorsque la Terre occupe le point le plus éloigné, elle est dite à l’Aphélion. La forme de l’orbite va influer sur l’homogénéité du climat à la surface de la Terre : plus l’orbite est elliptique, plus l’énergie solaire reçue va varier au cours d’une année.

Le second paramètre est le précession des équinoxes. Vous savez certainement que l’axe de rotation de la Terre sur elle-même est incliné par rapport au plan de l’écliptique (le plan qui contient l’orbite des planètes autour du soleil) : c’est pour cela que nous avons des saisons. Imaginez une toupie qui tourne sur elle-même. Appliquez ceci à la Terre : l’orientation de l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre par rapport au soleil varie selon un cycle d’environ 19 000 à 23 000 ans. Cela va faire modifier les variations saisonnières selon l’hémisphère. Grossièrement, l’hémisphère qui est en été à l’Aphélion et en hiver au Périhélion aura des saisons relativement douces avec des hivers courts (à cause de la deuxième loi de Kepler), tandis que l’autre hémisphère aura des saisons très marquées (des étés chauds et des hivers froids et longs).

Enfin, le troisième et dernier paramètre est l’oscillation de l’axe de rotation de la Terre. En plus de tourner sur lui-même, l’axe de rotation de la Terre varie en inclinaison selon un cycle d’environ 41 000 ans. L’angle d’inclinaison par rapport au plan de l’écliptique varie entre 22 et 25° (il est actuellement de 23,5°). Plus l’angle d’inclinaison est important, plus les saisons vont être marquées : les étés sont très chauds et les hivers très froids. Un angle d’inclinaison plus faible entraînera des variations saisonnières plus douces : les étés sont plus frais et les hivers plus doux.

Infos et analyses complémentaires

La combinaison des trois paramètres orbitaux va donc jouer sur la quantité d’énergie solaire reçue par la Terre (principalement aux latitudes moyennes) et donc sur son climat, sur des périodes de quelques dizaines de millers d’années, très courtes à l’échelle des temps géologiques. Les périodes glaciaires quaternaires vont être favorisées par des conditions froides dans l’hémisphère nord. En effet, la majorité des masses continentales se situent actuellement dans cet hémisphère. Or, les océans ont tendance à jouer un rôle de “tampon” et à atténuer les climats extrêmes. C’est actuellement l’hémisphère nord qui contrôle la mise en place des âges glaciaires ou interglaciaires.

Intéressons-nous à un graphique montrant l’évolution de la température moyenne à la surface de la Terre durant ces 400 000 dernières années. Il a été tracé grâce à un carottage effectué en Antarctique. Les cyclicités de chacun des paramètres orbitaux se retrouve dans cette figure. On observe en effet des périodes d’environ 100 000 ans, 40 000 ans et 20 000 ans. Cette figure permet donc de reconstituer les climats passés récents mais également d’anticiper les climats futurs.

Nous vivons actuellement dans l’Holocène, une période dite interglaciaire qui dure depuis plus de 10 000 ans (le pic à l’extrême droite de la figure). Cependant, cette période interglaciaire devrait durer encore 10 000 ans environ. En effet, la dernière fois que l’ensemble des paramètres orbitaux étaient exactement dans la même disposition (il y a 400 000 ans, à la limite gauche de la figure cette fois-ci), la durée de la période interglaciaire a été de plus de 20 000 ans. Le dernier maximum glaciaire, avec une expansion maximale des calottes durant la glaciation, date d’il y a 18 000 ans, durant la glaciation de Würm. Celle-ci a commencé il y a environ 120 000 ans pour se terminer il y a seulement 10 000 ans.

Reste cependant plusieurs interrogations : est ce que cette cyclicité de périodes glaciaires et interglaciaires se retrouve à d’autres périodes de l’histoire de la Terre ? Comment le climat a t-il évolué au cours des temps géologiques ? Quels paramètres jouent sur le climat sur des échelles de temps plus longues ? C’est ce que nous verrons dans le prochain article consacré au climat.

Nous arrivons donc au bout de cet article sur l’évolution du climat de la Terre au cours du Quaternaire. En attendant le prochain article, si vous êtes intéressés par le climat de la Terre et par son évolution au cours des temps géologiques, je ne peux que vous conseiller cet excellent article, qui résume de manière simple et précise l’histoire du climat de la Terre.