Grâce à l'étude statistique du nombre de taches solaires, l'astronome allemand Heinrich Schwabe a découvert que les taches du Soleil suivent un cycle : tous les 11 ans, le nombre de taches et de groupes de taches connait une alternance de pics maximal et minimal, illustrée par le graphique ci-dessous.
Les astronomes modernes ont mis en évidence l'étroite corrélation entre le nombre des taches et l'activité globale du Soleil : éjections de matière coronale, éruptions solaires, etc...
Cette activité de notre étoile n'est pas sans incidence sur la Terre, un bon exemple étant le rôle des éruptions solaires dans le déclenchement d'aurores polaires dans la haute atmosphère terrestre. Là aussi, l'étude du Soleil retrouve le même cycle de 11 ans
La question du rôle de ce cycle de 11 ans dans les variations du climat terrestre a été posée pour la première fois en 1887 par l'astronome allemand Spörer qui avait noté un phénomène extrêmement curieux entre 1645 et 1715 : pendant 70 ans, pratiquement aucune tache n'a pu être observée à la surface du Soleil. Cette quasi-absence de taches a été étudiée quelques années plus tard par l'anglais Maunder, qui finit par lui laisser son nom. Selon les estimations actuelles, il en est résulté une réduction faible (- 0,2 à - 0,3 %) mais prolongée de l'irradiation calorifique et lumineuse du soleil... tout au long du règne du roi Louis XIV
Cette période, appelée "minimum de Maunder", a coïncidé avec une période anormale de grands froids et d'hivers terriblement rigoureux : la Tamise et la Seine étaient prises dans les glaces au point que l'on pouvait y patiner ! En dehors de l'élite scientifique qui l'a observé et noté, le phénomène astronomique de la disparition des taches solaires semble être passé inaperçu des contemporains, à la notable exception de Madame de Sévigné, qui devait avoir des relations dans les milieux savants, et qui écrivit : "Le procédé du soleil et des saisons est tout changé." Car cette période de notre histoire, appelée "le Petit Age Glaciaire", a eu des conséquences dramatiques sur l'agriculture, entraînant des récoltes catastrophiques et des famines dans toute l'Europe. Le dur contraste entre les souffrances du peuple et les fêtes fastueuses de Louis XIV, puis de ses successeurs, n'est peut-être pas étranger à l'impopularité grandissante qu'a alors connu la monarchie en France, impopularité qui devait finir par déboucher sur la Révolution de 1789...
Tableau de Bruegel
Mais cette association entre le minimum de Maunder et le "Petit Age Glaciaire" est-elle l'indice d'une influence directe de l'activité du Soleil sur le climat ou bien ne s'agit-il que d'une coïncidence fortuite ? Si la relation entre activité solaire et température était aussi simple et directe, la température moyenne du globe varierait avec une fréquence de 11 ans, selon le cycle des taches solaires, ce qui n'est pas le cas. A l'évidence, les phénomènes mis en jeu sont bien plus complexes
Trancher la question est extrêmement difficile : les relevés quotidiens systématiques du nombre de taches solaires n'ont débuté qu'en 1749. La météorologie ne s'est réellement constituée comme science qu'à partir de la Seconde Guerre Mondiale. On ne sait mesurer correctement le rayonnement solaire total que depuis 20 ans grâce aux appareils embarqués par les sondes spatiales et les mesures effectuées ne portent que sur les deux derniers cycles solaires de onze ans.Quant aux mesures précises du niveau d'activité de notre étoile, notamment au travers de son émission de rayons X, elles ne datent que d'un peu plus d'une trentaine d'années soit une durée totale de 3 cycles solaires. Bien difficile de mener des études statistiquement fiables avec aussi peu de données...
L'activité des rayons X du Soleil à son minimum (à gauche) et à son maximum (à droite)
La pêche aux données climatiques anciennes fait désormais l'objet d'une discipline scientifique récente : la paléoclimatologie. Les carottages réalisés dans la banquise de l'antarctique permettent de mesurer les taux de CO² atmosphérique du passé, ce dernier jouant un rôle majeur dans le réchauffement climatique de notre Terre
Ces carottages confirment ainsi que les taux de CO² ont régulièrement augmenté depuis le début de l'ère industrielle.
Les arbres sont également des informateurs précieux...
L'étude des stries concentriques des troncs d'arbres, la dendochronologie, permet d'évaluer indirectement l'activité solaire au fil des siècles. Plus précisément, l'étude du taux de carbone14 dans les anneaux concentriques des arbres les plus vieux du monde, les pins bristlecone raconte la même histoire que les taches solaires : celle du minimum de Maunder, entre 1645 et 1715 !
L'explication actuelle de ce phénomène est la suivante : l'activité du Soleil irradie dans l'espace un flux continuel de particules atomiques (protons, électrons) qui forment le vent solaire. Ce vent influence la quantité de carbone 14 dans l'atmosphère terrestre. En effet, une forte activité solaire (vent solaire fort) entraîne une baisse du rayonnement cosmique d'origine galactique qui atteint notre planète. Et comme le rayonnement cosmique conditionne la formation de carbone 14 atmosphérique, en connaissant la quantité de carbone 14 du passé, notamment dans les troncs des arbres d'âge connu, on peut essayer d'estimer l'activité solaire passée. Plusieurs minima d'activité solaire ont pu être ainsi enregistrés durant les derniers millénaires.
Les données de concentration en carbone 14 dans les troncs d'arbre indiquent une périodicité d'environ 150 - 200 ans, appelée cycle de Suess. Un autre cycle, plus hypothétique, existerait selon Hallstattzeit, dans les analyses de la concentration en carbone 14 et dans les données climatiques. Ce cycle aurait un période de 2 300 ans et son maximum devrait être atteint vers l'an 2 800. Son origine n'est pas élucidée. Certains scientifiques pensent qu'il est d'origine solaire, d'autres estiment qu'il constitue un mode propre d'oscillation du système océan-atmosphère.
Plus récemment, en 1991 et 1994, Friis-Christensen et Lassen ont mis en évidence, une corrélation entre la longueur des cycles solaires et l'anomalie des températures terrestres relevées dans l'hémisphère Nord, en prenant comme indicateur les températures moyennes globales. Cette corrélation permettrait donc de prédire, grâce à l'étude du nombre de taches de Wolf, l'influence de l'activité solaire sur le climat de la Terre.
Mais l'influence grandissante de l'activité industrielle humaine vient perturber considérablement toutes ces études : une augmentation du rayonnement solaire se traduit par une augmentation du bilan radiatif de la Terre de 0,2 W/m2, à comparer aux 0,35 W/m² par décennie dus aux effets de l'activité humaine. Pour la période industrielle, l'effet solaire serait donc moins important que les effets de l'augmentation du CO² due à l'homme, même si le Soleil a un rôle sur cette évolution climatique récente (variation du bilan radiatif global, de la température de la stratosphère, de la nébulosité...).
Outre le taux de CO², le diamètre du Soleil jouerait, pour certains scientifiques comme Francis Laclare, un rôle autrement plus important sur le climat. En effet, le diamètre du Soleil n'est pas stable : il gonfle et dégonfle progressivement, suivant un cycle de 320 à 1 000 jours. Ce "petit" cycle pourrait bien être important pour comprendre les effets du Soleil sur le climat. Ces variations de diamètre seraient moins importantes en phase de maximum d'activité solaire qu'en phase de minimum. Bref, les résultats de toutes ces différentes études restent discordantes quant à l'impact de l'activité solaire sur le climat terrestre : la question n'est pas close...
Pour en savoir plus :
http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosciences/Histoire/Paleoclimats/Articles/soleil-climat.html#
http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosciences/Climats/Rayonnement/Insolation-climat/modelisation.htm
Thèse de Anne Vigouroux à propos de la variabilité à long terme du Soleil |
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