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La Terre, une planète fragile

La Terre selon David A.Hardy.

La climatologie (I)

Ainsi que l'illustration de David A. Hardy présentée à droite le représente bien, la Terre est un présent qui nous est offert, mais un présent dont il faut prendre soin en raison de sa fragilité; une action trop violente ou inconsidérée peut en effet le briser. Telle est la situation dans laquelle se trouve aujourd'hui la Terre et ses habitants : notre biosphère subit la plus importante transformation climatique et environnementale qu'elle ait connue depuis 200 millions d'années. Si nous n'y prenons gare, des évènements incontrôlables se produiront au cours de ce siècle.

Ce constat n'est pas un ultimatum mais une prise de conscience. Si ensemble, avec les hommes de décision nous rétablissons l'équilibre du vaissseau Terre, nous aurons tiré la leçon de cette première alarme de l'ère industrielle. A nous maintenant d'aider dame Nature. C'est l'un des objectifs du développement durable.

Focalisons-nous sur l'un de ses acteurs dont l'impact est le plus important, le climat.

L'étude du climat

Pour étudier les effets du climat sur l'environnement et plus généralement sur la biosphère, nous devons "mettre le climat en équations". Mais comment procéder ? Pour étudier l’évolution des climats et établir des prévisions météorologiques à longs termes, les théoriciens ont divisé l'atmosphère terrestre (et partiellement sa surface ainsi que les océans) en mailles plus ou moins resserrées tant en longitude qu'en altitude en fonction de la puissance des ordinateurs. Les phénomènes thermodynamiques qui se produisent dans chaque cellule sont ensuite globalisés dans chaque maille. Ceci leur permet de travailler sur des modèles opérationnels.

Le principal inconvénient de cette intégration est de simplifier les équations. De plus, l’influence des océans est souvent négligée car la puissance de calcul et la capacité des ordinateurs sont limitées.

Ces modèles incorporent les paramètres physiques standards (température, pression, humidité) ainsi que les équations de Navier-Stockes qui décrivent les mouvements des fluides visqueux. Ces valeurs obéissent bien entendu aux lois classiques de la physique et de la chimie. La solution de ces modèles représente les prévisions météorologiques numériques.

Mais les prévisions météos et le climat sont deux choses différentes. Les premières visent à prévoir les conditions météos du lendemain ou à quelques jours tandis que la climatologie étudie son évolution à long terme pour dégager des tendances comme par exemple un changement global de régime suite à l'augmentation de l'effet de serre. Les prévisions météos portent leurs effets à court terme et concernent directement les activités humaines tandis que l'étude du climat concerne essentiellement le long terme et intéresse les scientifiques dont les découvertes peuvent influencer certaines décisions politiques, notamment celles touchant les questions d'écologie et d'environnement.

A consulter : The Weather Channel (climatologie par ville)

Forum climatologie sur Météo Belgium

Malgré leur côté spectaculaire, les incendies d'hydrocarbures sont des phénomènes locaux qui créent peu voire aucun effet climatique comparés aux éruptions volcaniques. A gauche, l'incendie des puits de pétrole au Koweit par l'armée de Saddam Hussein au cours de la Guerre du Golfe en février 1991. Il y avait par endroit tellement de fumées d'hydrocarbures, qu'en plein midi il faisait aussi sombre qu'en pleine nuit ! La reconstruction de l'économie Kowétienne après l'incendie des 640 puits de pétrole coûta environ 22 milliards de dollars US, le quart du prix de la Guerre du Golfe (sans parler du million de victimes Irakiennes). Au centre et à droite, le plus grand incendie qu'ait connu l'Europe en temps de paix, celui du dépôt de carburant de Buncefield (où se trouve notamment le terminal d'Esso, BP, Shell, Texaco, etc) situé près de Hemel Hempstead à 40 km au nord de Londres. Les deux images ont été prises le 11 décembre 2005, celle de droite à 13h35 locale par le satellite Terra. Sur l'image originale la résolution est de 250 m/pixel (417m/pixel sur l'agrandissement présenté). L'incendie enflamma 20 cuves et dura 3 jours avec un risque latent d'explosion des autres citernes. La détonation fut entendue environ 20 minutes plus tard sur la côte belge. Les vents de nord-ouest soufflèrent d'abord le nuage d'hydrocarbures vers le continent, mais il se dissipa rapidement au-dessus de l'Atlantique le 13 décembre. On ne rapporte aucune intoxication ou décès mais 43 personnes furent légèrement blessées. L'incendie de Buncefield suspendit l'activité de près de 400 entreprises implantées dans la zone industrielle, un coup dure à l'approche de Noël. Documents Sgt Rés.Gary Kieffer/US Army, AFP et NASA Earth Observatory.

L’homme de la rue considère souvent que les facteurs écologiques qui dominent le climat sont les feux de forêts et les feux des puits de pétrole tels ceux qui brûlèrent au cours de la Guerre du Golfe au Koweït en 1991 où on estime que plus d'un milliard de barils de pétrole ont brûlé et pollué l'atmosphère. Très spectaculaires, ils dégageaient en effet beaucoup de gaz carbonique et de cendres, au point d'obscurcir totalement l'atmosphère de cette région, mais on constate chaque fois que ces catastrophes n’ont de conséquences que localement. A l’inverse, les fumées qui s’échappent de nos usines et les fumées d’échappements que nous rejetons jour après jour dans l’atmosphère ont des effets plus sournois car ils modifient le climat en profondeur. Et contrairement aux apparences, à part les usines, ce ne sont pas les voitures, les camions ou les avions qui polluent le plus mais les porte-conteneurs géants dont la flotte est en expansion.

L'influence des volcans sur le climat

Tous les rejets de fumées dans l'atmosphère ne produisent pas nécessairement d'effets climatiques. Ainsi, bien que très spectaculaires, les incendie de forêts, des puits de pétrole ou des dépôts de carburant ne produisent aucun effet sur le climat. En revanche, les éruptions des volcans gris (éjectant des cendres plutôt que de la lave) peuvent ravager des millions d’hectares en quelques minutes ou en quelques semaines et influencer le climat à différents degrés. Malheureusement nous ne disposons d'aucun moyen pour interrompre leur activité et ne pouvons que subir leurs effets au fil des millénaires.

Panache de fumée émis par le volcan Eyjafjallajoekull en Islande le 28 mai 2010. Cette fumée cloua au sol durant 5 jours tous les avions au départ et à destination de l'Europe (cf.le blog). Document ESA.

L'éruption d'un volcan gris comme celui du Pinatubo en 1991 projeta des cendres et des poussières jusqu'à 40 km d'altitude, des coulées pyroclastiques portées à 800°C dévalèrent de ses pentes et il entraîna finalement la mort de 847 personnes.

Les volcans gris en particulier influencent le climat durant des mois voire des années car ils déversent dans l'atmosphère des milliards de mégatonnes de cendres et des poussières très légères qui mettent des années à retomber tandis que les microscopiques gouttelettes d'eau en suspension dans les nuages réfléchissent la lumière solaire, provoquant un refroidissant des basses couches et de la surface terrestre.

Suite à l'éruption du Pinatubo en 1991, les climatologues considèrent qu’il fallut environ 5 ans pour que les cendres volcaniques retombent sur le sol. Pendant ce temps la température moyenne du globe chutant de 0.5°C. Aux latitudes élevées la chute moyenne de la température globale atteignit 1.5°C[1].

Il est certain que dans le passé la Terre connut périodiquement ce type de catastrophes et des bien plus graves encore, telle l'éruption du Santorin, du Toba, ou du Yellowstone. Heureusement, elle sut retrouver son équilibre mais non sans subir la perte de millions d’espèces vivantes et en remodelant sa surface.

Le cycle des glaciations

Les périodes de glaciations ont également lourdement affecté l'évolution du climat et des créatures qui peuplaient la Terre. Peu après la première guerre mondiale (1920-1941), l'astronome serbe Milutin Milankovitch démontra que le cycle des glaciations trouve son origine dans des variations de l'excentricité de l'orbite terrestre (liée à l'influence gravitationnelle des planètes géantes), de l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre (la nutation) et de sa précession (la rotation de cet axe) dont les périodes sont respectivement de 100000, 40000 et 20000 ans. Sur ces variations à relatives courtes périodes se superpose un cycle qui s'étend sur des millions d'années.

Depuis 1978, grâce aux travaux du professeur belge André Berger[2], astronome et physicien de l'Université Catholique de Louvain-La-Neuve, nous connaissons aujourd'hui parfaitement l'évolution du climat de la Terre depuis 1.5 million d'années.

En convertissant les valeurs d'excentricité, de précession et d'inclinaison de l'axe de la Terre en termes d'insolation, puis en comparant ces résultats aux données géologiques, l'équipe de Berger est par exemple parvenue à démontrer que les fréquences des courbes d'insolation sont stables depuis 10 millions d'années. En revanche, aucune corrélation n'a put être établie avec le cycle de 11 ans de l'activité solaire ou avec le cycle réduit de 900 ans de l'excentricité orbitale.

En réalité, ainsi que nous l'avons dit implicitement, la Terre n'est pas seulement sensible aux contraintes astronomiques mais également à quantité de facteurs thermodynamiques.

Ainsi pour le paléoclimatologue, la position d'une plaque continentale à une certaine époque peut empêcher une glaciation; en fonction de la latitude la circulation océanique ou atmosphérique peut créer des changements de température et de la quantité de précipitations (uniformisation ou différenciation), phénomène que nous connaissons aujourd'hui sous le nom de phénomène El Niño ou El Niñas; la biosphère peut modifier la composition chimique de l'atmosphère (effet de serre); enfin l'albedo peut influencer l'énergie servant à la "fabrication" du climat.

Des séquoias dans le parc national américain qui leur est réservé en Californie.

Toutes ces considérations permettent par exemple aux chercheurs d'affirmer qu'il y a 900000 ans[3], époque à laquelle vécu l'Homo erectus, il y eut une baisse globale de température de 3°C et une baisse de 100 mètres du niveau des océans.

Inversement, à l'époque de l'Homo sapiens il y a 125000 ans, l'insolation de juillet était 12 % supérieure à celle d'aujourd'hui. Cent sept mille ans plus tard, il y a 18000 ans, à l'époque de l'homme de Cro-Magnon, il y eut une baisse moyenne de 4°C dans l'Atlantique nord. Ce fut la dernière période glaciaire. Tout indique cependant qu'il y en aura d'autres à l'avenir, mais rassurez-vous elles se produiront dans quelques dizaines de milliers d'années seulement.

Les archives paléoclimatiques

Dans la vaste science qu'est la paléontologie, d'autres témoins du passé viennent confirmer ces évènements. Tout le monde connaît la dendrologie, l'étude des cernes de croissance des arbres. Les immenses séquoia de Californie par exemple (Sequoiadendron giganteum) qui peuvent s'élever jusqu'à 88 m de hauteur pour une largeur de 8 m à la base couvrent 8500 ans d'histoire, la cellulose s'imprégnant de l'amplitude des précipitations et de l'activité solaire année après année.

En minéralogie, il y a également les grands stalactites et stalagmites dont les lamines semi-circulaires de croissance appelées spéléothèmes renferment des données sur l’état climatique de la grotte et de sa région parfois durant plusieurs dizaines de millions d’années; les glaces polaires qui, par carottage, nous renseignent sur la température et la composition de l'atmosphère des 150000 dernières années; les coraux (la sclérochronologie) qui nous informent sur les variations de température et le niveau des mers tropicales depuis 100000 ans; les pollens des tourbières (palynologie) qui témoignent de la couverture végétale des 300000 dernières années; enfin les fonds océaniques et les roches sédimentaires avec leurs lots de fossiles (paléontolgie) dont les durées se chiffrent en millions d'années.

Les témoins des variations climatiques du passé

Corail rouge (Gorgone) Golfe de Phuket, Philippe Grégoire

Cernes d'un acacia (sp. Robinia pseudoacacia), INRP

Spéléothème d'un stalagmite de Belgique

Pollen de marguerite au microscope, Université de Jussieu.

Trilobite phacops du Dévonien, il y a 390 millions d'années (6 x 2.5 cm)

Si les reconstitutions climatiques d'André Berger coïncident assez bien avec le passé, nous sommes tout naturellement tenté d'envisager les conséquences à longs termes des modifications que nous introduisons dans le climat. Ce sera l'objet des prochains chapitres.

Prochain chapitre

Le climat sous influences

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[1] R.Kerr, Science, 259, 1993, p594 - P.Minnis et al., Science, 259, 1993, p1411.

[2] A.Berger, "Climatic variations and variability: facts and theories", Reidel, Dordrecht, 1981.

[3] La datation est réalisée au carbone-14 corrigé.


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