Des bulles d'air antiques aux scénarios du GIEC : lire le climat d'hier pour prévoir celui de demain

Canicules à répétition, glaciers qui reculent : on te répète que le climat change. Mais par rapport à quoi ? Il faut connaître les climats d'avant les thermomètres, et la Terre en tient les archives.

Le climat récent, mesuré

Le climat est la moyenne du temps qu'il fait sur au moins 30 ans. D'après les thermomètres, la décennie 2011-2020 a été plus chaude d'environ 1,1 °C que 1850-1900 (GIEC, 2021). Avant, il faut des indicateurs indirects.

Les archives du climat

Les carottes de glace. En Antarctique, la neige se tasse en glace sans fondre : les forages ont remonté 420 000 ans d'histoire à Vostok, 800 000 ans à EPICA Dôme C. Leurs bulles d'air gardent le CO₂ et le méthane de l'atmosphère d'autrefois.

Le thermomètre isotopique. Parmi les isotopes stables de l'oxygène : l'oxygène 16, léger et très majoritaire, et l'oxygène 18, plus lourd. On compare le rapport R = 18O ÷ 16O d'un échantillon à celui de l'eau de mer de référence :

δ18O = (R échantillonR référence − 1) × 1000, en ‰ (pour mille).

L'eau à oxygène 18, plus lourde, s'évapore moins et condense en premier : en allant vers les pôles, une masse d'air humide perd d'abord son oxygène 18 dans les pluies. Plus il fait froid, plus la neige polaire en est appauvrie : dans la glace, un δ18O plus bas signifie une température plus basse.

Exemple 1 : les foraminifères. Ces unicellulaires marins bâtissent leur coquille calcaire avec l'oxygène de l'eau de mer. Pendant une glaciation, l'oxygène 16, évaporé en priorité, reste stocké dans les calottes : l'océan s'enrichit en oxygène 18 ; de plus, la calcite formée en eau froide en contient davantage. Les coquilles glaciaires ont donc un δ18O plus élevé : le sens est inverse de celui des glaces. Les pollens fossiles et les moraines complètent ces archives.

Exemple 2 : les cycles glaciaires. Depuis 800 000 ans, longues glaciations et courts interglaciaires alternent au rythme d'environ 100 000 ans. Température et CO₂ varient ensemble : environ 180 ppm (parties par million) en glaciation, 280 en interglaciaire. Il y a 21 000 ans, des calottes couvraient le nord de l'Amérique et de l'Europe, et la mer était environ 120 m plus bas.

Pourquoi le climat a-t-il varié ?

Le déclencheur des cycles glaciaires est astronomique : les paramètres orbitaux de Milutin Milanković. L'excentricité de l'orbite (environ 100 000 et 400 000 ans), l'inclinaison de l'axe, de 22,1° à 24,5° (41 000 ans), et la précession (environ 20 000 ans) modifient l'énergie solaire reçue l'été aux hautes latitudes nord. Des rétroactions positives amplifient ces faibles variations : la glace renvoie la lumière (fort albédo) et un océan froid dissout davantage de CO₂, ce qui affaiblit l'effet de serre.

Sur des millions d'années, le CO₂ pilote : l'altération des silicates de la chaîne hercynienne et l'enfouissement du charbon l'ont pompé, d'où la glaciation du Carbonifère-Permien (vers 300 millions d'années) ; un volcanisme intense, riche en CO₂, a entretenu le climat chaud du Crétacé.

Le cycle du carbone bousculé

Le carbone circule entre des réservoirs : atmosphère (environ 900 milliards de tonnes de carbone, GtC), océan (près de 40 000 GtC), végétation et sols (quelques milliers de GtC), roches, de loin le plus grand. Aujourd'hui, l'humanité ajoute environ 11 GtC par an (combustibles fossiles et déforestation). Sur 100 tonnes émises, environ 45 restent dans l'air, 25 passent dans l'océan, qui s'acidifie, le reste dans la végétation et les sols.

Exemple 3 : un bilan. 1 ppm de CO₂ correspond à environ 2,12 GtC. Si 45 % de 11 GtC, soit environ 5 GtC, restent dans l'air, la concentration monte de 5 ÷ 2,12 ≈ 2,4 ppm par an : c'est ce que mesure depuis 1958 la station du Mauna Loa (courbe de Keeling), au-delà de 420 ppm aujourd'hui. Preuve de l'origine fossile : ce carbone, issu de plantes anciennes, est pauvre en carbone 13, et le rapport 13C ÷ 12C du CO₂ de l'air baisse.

Prévoir : les scénarios du GIEC

Le GIEC, créé en 1988, évalue des milliers de publications. Les modèles climatiques des laboratoires, testés sur les climats passés, suivent des scénarios. Le nom SSP2-4.5 associe une trajectoire de société (SSP2, « intermédiaire ») et le forçage radiatif atteint en 2100 (4,5 W/m²). Réchauffement prévu en 2081-2100 par rapport à 1850-1900 : environ 1,4 °C (SSP1-1.9), 1,8 °C (SSP1-2.6), 2,7 °C (SSP2-4.5), 3,6 °C (SSP3-7.0), 4,4 °C (SSP5-8.5). La mer, elle, montera pendant des siècles.

À retenir

• Glace : δ18O bas = climat froid. Coquilles marines : δ18O élevé = glaciation.
• Les bulles d'air des glaces montrent que CO₂ et température varient ensemble.
• Les paramètres orbitaux déclenchent les glaciations ; albédo et CO₂ les amplifient.
• L'humanité ajoute environ 11 GtC par an, dont près de la moitié reste dans l'air.
• Selon le scénario d'émissions, le GIEC prévoit, en valeur centrale, 1,4 à 4,4 °C de réchauffement vers 2100.

★ Pour aller plus loin

En 1965, en Antarctique, Claude Lorius voit pétiller dans son verre des glaçons de vieille glace : ces bulles sont de l'air d'autrefois. L'idée des archives glaciaires est née.

Il y a environ 700 millions d'années, la glace aurait atteint l'équateur : c'est la « Terre boule de neige ». À l'inverse, il y a 56 millions d'années, une libération massive de carbone a réchauffé la planète de 5 à 8 °C en quelques milliers d'années, un précédent très étudié.

Sources pour creuser

• Le Monde sans fin, Christophe Blain et Jean-Marc Jancovici (Dargaud, 2021), en bande dessinée.
• Planète blanche. Les glaces, le climat et l'environnement, Jean Jouzel, Claude Lorius et Dominique Raynaud (Odile Jacob, 2008).
• Le film La Glace et le Ciel de Luc Jacquet (2015), sur Claude Lorius.
• Sur YouTube, la chaîne Le Réveilleur : cherche « cycle du carbone ».
• ipcc.ch (GIEC : résumés pour les décideurs en français) et lumni.fr (lycée, SVT).