M3 Glaciaire - Cycles interglaciaires

Topique

Les cycles glaciaires-interglaciaires constituent le mode de variation climatique le plus important du Quaternaire, période qui couvre les 2,6 derniers millions d'années de l'histoire de la Terre : entre une période glaciaire et une période interglaciaire, la température globale fluctue entre quatre et huit degrés Celsius, et la concentration de dioxyde de carbone entre 180 et 280 parties par million.

Le forçage orbital de Milankovitch est le déclencheur initial de ces cycles glaciaires-interglaciaires : l'excentricité de l'orbite terrestre, d'une période d'environ 100 000 ans, l'obliquité de l'axe terrestre, d'une période d'environ 41 000 ans, et la précession de ce même axe, d'une période d'environ 23 000 ans, modulent conjointement l'insolation saisonnière reçue par les hautes latitudes de l'hémisphère Nord. Cependant, le forçage orbital de Milankovitch ne suffit pas à lui seul à expliquer l'amplitude complète des cycles glaciaires-interglaciaires : le système climatique amplifie ce forçage par des rétroactions internes liées au dioxyde de carbone, à l'albédo de la glace, à la vapeur d'eau et aux variations de la circulation océanique.

L'insolation reçue par les hautes latitudes de l'hémisphère Nord à un instant donné est calculée à partir de la latitude, de la saison et des paramètres orbitaux du forçage de Milankovitch. Or, la réponse du système climatique à cette insolation n'est pas linéaire : il existe une asymétrie marquée entre la glaciation lente, qui dure environ 100 000 ans, et la déglaciation rapide, qui se produit en seulement 10 000 ans. Cette asymétrie ne peut être expliquée uniquement par le forçage orbital de Milankovitch. Les modèles de bilan énergétique intégrant un cycle du carbone interactif reproduisent cette asymétrie en introduisant des seuils non linéaires que le seul forçage orbital de Milankovitch ne présente pas. Le volume de glace accumulé lors des cycles glaciaires-interglaciaires suit approximativement l'insolation estivale mesurée à 65 degrés de latitude nord, mais avec un décalage de plusieurs milliers d'années par rapport à cette même insolation estivale.

Un problème non résolu demeure : dans les cycles glaciaires-interglaciaires les plus récents, la période d'excentricité proche de 100 000 ans est précisément le facteur dominant, bien que l'excentricité soit la plus faible des trois composantes du forçage orbital de Milankovitch décrit précédemment. Ce problème, connu sous le nom de « problème des 100 000 ans », reste un axe de recherche actif dans le domaine des cycles glaciaires-interglaciaires. Trois mécanismes ont été proposés pour expliquer ce problème : un mécanisme dans lequel le bruit climatique aléatoire se synchronise avec le faible forçage orbital de l'excentricité elle-même et l'amplifie bien plus que ne le ferait le seul forçage orbital de Milankovitch ; Le rôle non linéaire de la calotte glaciaire nord-américaine, dont la dynamique interne pourrait induire une période proche de cent mille ans indépendamment du forçage orbital de Milankovitch, et les variations du cycle du carbone, visibles dans les cycles du méthane et du dioxyde de carbone enregistrés dans la glace ancienne, sont autant de facteurs à prendre en compte.

Les archives paléoclimatiques permettant de tester ces modèles de cycles glaciaires-interglaciaires sont principalement de deux ordres : une carotte de glace antarctique couvrant les huit cent mille dernières années de glace accumulée couche après couche, et les sédiments marins extraits du fond océanique par divers programmes de forage. Tant la carotte de glace antarctique que les sédiments marins conservent, chacun à sa manière, la même séquence de cycles glaciaires-interglaciaires que le forçage orbital de Milankovitch déclenche et que les rétroactions internes du système climatique amplifient. C’est cette même séquence préservée qui nous permet finalement de distinguer, parmi les mécanismes proposés pour expliquer le problème des cent mille ans, ceux qui sont compatibles avec les données paléoclimatiques.

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