Jusqu'à présent, les données récoltées sur le climat passé contredisaient les modèles des scientifiques. Selon leurs algorithmes, l'ère géologique actuelle serait marquée par une augmentation continue des températures. Mais les indices exploités par les paléoclimatiques n'indiquent pas la même chose : l'Holocène, débuté il y a environ 12.000 ans, aurait subi une hausse des températures durant les 6.000 premières années, avant que le climat ne se refroidisse... et soit chamboulé par un réchauffement d'origine anthropique.

Cette énigme de la température de l'Holocène affaiblit la confiance accordée aux modèles climatiques. Mais une étude, publiée dans Nature, résout cette contradiction. Grâce à une nouvelle méthode, les scientifiques se sont aperçus d'un détail qui change tout. Les éléments dont disposaient les paléoclimatologues reflètent surtout une saison : l'été de l'hémisphère nordhémisphère nord ! En estimant les températures moyennes annuellesannuelles, le tableau s'aligne avec les modèles théoriques. « Maintenant, ils correspondent incroyablement bien et cela nous donne une grande confiance dans le fait que nos modèles climatiques font un très bon travail », a déclaré Samantha Bova, l'une des autrices, à The Guardian.

Pour cette étude, les chercheurs ont tiré leurs données des foraminifères. Ces organismes unicellulaires sont présents depuis des centaines de millions d'années, et sont donc un outil crucial pour les scientifiques étudiant le passé. © Alain Couette, Wikimedia Commons

De record en record

« Notre reconstruction montre que la première moitié de l'Holocène était plus froide qu'à l'époque industrielle, en raison des effets de refroidissement dus aux restes de calottes glaciairescalottes glaciaires de la période glaciairepériode glaciaire précédente », avance la chercheuse. L'Holocène étant une période interglaciaire, elle a été précédée d'une période glaciaire, où une grande partie de la planète était gelée. Littéralement. Il y a quelque 12.000 ans, les calottes glaciaires n'étaient pas entièrement fondues, et continuaient à refroidir la température globale.

Petit à petit, les effets de ces restes de glace se sont atténuésatténués, et les gaz à effet de serre sont entrés en scène. « Le réchauffement de la fin de l'Holocène a été causé par l'augmentation des gaz à effet de serregaz à effet de serre, comme prévu par les modèles climatiques, ce qui élimine tout doute sur le rôle du CO₂ dans le réchauffement climatiqueréchauffement climatique », souligne Samantha Bova. Une explication complétée par Yair Rosenthal, l'un des auteurs : « L'apparente divergence entre les modèles climatiques et les données a jeté des doutes, parmi les sceptiques, sur le rôle des gaz à effet de serre dans le changement climatique d'hier et de demain. »

Mais leurs résultats sont clairs. Il y a 6.000 ans et encore aujourd'hui, le CO₂ est bel et bien à l'origine d'une augmentation des températures. « Le réchauffement post-industriel a effectivement accéléré la longue et constante tendance au réchauffement des 12.000 dernières années », assène Yair Rosenthal. Une conclusion qui en appelle une autre, puisque cela signifie que notre époque est la plus chaude de l'Holocène. Plus impressionnant encore, elle « se rapproche probablement de la chaleurchaleur de la dernière période interglaciaire [l'Eémien, ndlr], il y a 128.000 à 115.000 ans », écrivent les scientifiques.

150 ans de réchauffement climatique anthropique ont balayé 6.500 ans de refroidissement naturel

Des milliers de données écologiques, géochimiques et biophysiques, aussi bien marines que terrestres. Et quelques modèles statistiques. C'est ce dont les chercheurs auront eu besoin pour reconstruire les moyennes de températures sur TerreTerre pendant l'Holocène. Leurs résultats suggèrent que les 150 dernières années de réchauffement climatique ont littéralement balayé 6.500 ans de refroidissement.

Article de Nathalie MayerNathalie Mayer, publié le 03/07/2020

L'Holocène a commencé il y a environ 10.000 ans et des chercheurs de l’université de l’Arizona du nord (États-Unis) sont parvenus à reconstruire avec une précision inégalée, les variations de température moyenne que notre Terre a connues pendant cette époque géologique qui a succédé à la dernière période glaciaire. Ils révèlent un refroidissement global commencé il y a environ 6.500 ans.

« Des travaux antérieurs avaient déjà montré que notre Planète s'était naturellement et lentement refroidie au moins 1.000 ans avant le milieu du XIX^e siècle. Notre étude permet de remonter ce phénomène un peu plus long dans le temps », explique Darrell Kaufman, auteur principal, dans un communiqué. Le tout reposant sur les données paléoclimatiques marines et terrestres les plus récentes, issues d'enregistrements réalisés sur près de 700 sites dans le monde et sur des analyses statistiques poussées.

Selon ces chercheurs, donc, il y a 6.500 ans, notre Terre connaissait un pic de chaleur avec des températures moyennes supérieures de 0,7 °C à celles enregistrées au milieu du XIX^e siècle. Tous les 1.000 ans, elle a ensuite subi un refroidissement d'environ 0,1 °C. Un refroidissement que les paléoclimatologues attribuent aux cycles lents dans l'orbiteorbite de notre Planète qui ont réduit la quantité de soleilsoleil reçue par l'hémisphère Nord en été.

Pour reconstruire les variations de température moyenne au cours de l’Holocène, les chercheurs de l’Arizona du nord (États-Unis) se sont appuyés sur de nombreuses données différentes. D’où la robustesse de leurs résultats. © Université de l’Arizona du nord

Mieux projeter le climat du futur

Depuis le milieu du XIX^e siècle, un nouveau réchauffement climatique est en cours. Anthropique, celui-ci. Les températures moyennes ont déjà grimpé d'environ 1 °C, effaçant donc totalement les effets de ce refroidissement de 6.500 ans et suggérant que la décennie 2010-2019 a été la plus chaude des décennies de la période postglaciaire que nous vivons. Même si la reconstruction des chercheurs de l'université de l'Arizona du nord ne résout pas les décennies.

« Pour retrouver de telles températures, il est possible qu'il faillefaille remonter jusqu'à avant la dernière période glaciaire, soit il y a environ 125.000 ans. Le niveau de la mer était alors de trois mètres plus haut qu'il ne l'est aujourd'hui », commente Darrell Kaufman.

« L'étude des modèles de changements de température naturels dans l'espace et le temps nous aide à comprendre et quantifier les processus qui causent les changements climatiques », explique de son côté Cody Routson, également impliqué dans l'étude. « Notre climat futur dépendra largement de l'influence des facteurs humains, en particulier de l'accumulation des gaz à effet de serre. Il sera également influencé par des facteurs naturels et il sera compliqué par la variabilité naturelle au sein du système climatique. Les projections du changement climatique à venir seront améliorées par une meilleure prise en compte des facteurs anthropiques et naturels. »

Le réchauffement met fin à 1.800 ans de refroidissement des océans

Un groupe international de chercheurs a mis en évidence un refroidissement de la surface des océans entre le I^er siècle et le XVIII^e siècle. Des éruptions volcaniqueséruptions volcaniques seraient vraisemblablement à l'origine de ce refroidissement pour les mille dernières années de cette période. Les températures les plus froides ont été celles de la période connue sous le nom du « Petit Âge de Glace »... avant que le réchauffement lié aux activités humaines ne vienne interrompre cette tendance.

Article du CNRS paru le 19/08/2015

Le refroidissement des océans lié au volcanisme durait depuis plusieurs siècles. Le réchauffement climatique dû à l'activité humaine a mis un terme à ce phénomène. © victoria white2010, Flickr, CC by 2.0

Un travail de recherche publié le 17 août 2015 par le groupe de travail du programme international Past Global Changes-Ocean 2k dans la revue Nature Geoscience suggère que le nombre et l'intensité des éruptions volcaniques tropicales des derniers siècles auraient été la principale cause du refroidissement des océans. Un refroidissement qui aurait pris fin avec le réchauffement lié aux activités humaines.

« Les fortes éruptions volcaniques ont pour effet un refroidissement de l'atmosphèreatmosphère durant quelques années, mais nos résultats montrent que lorsqu'elles deviennent plus fréquentes, elles induisent un refroidissement à long terme de la surface des océans », explique Helen McGregor, de l'université de Wollongong, en Australie, premier auteur de cet article.

« L'analyse des sédimentssédiments marins nous apprend en effet que les températures de surface de l'océan global ont régulièrement diminué entre le Ier siècle et le début du XVIII^e siècle, une tendance qui selon les simulations du climat du dernier millénaire, serait imputable, entre 801 et 1.800 années après J.-C., au volcanisme », détaillent Guillaume Leduc, chercheur CNRS au Centre européen de recherche et d'enseignement de géosciences de l'environnement (CEREGE - CNRS, AMU, IRDIRD, Collège de France), et Marie-Alexandrine Sicre, directrice de recherche CNRS au Laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentations et approches numériquesnumériques (Locean - CNRS, UPMC, MNHNMNHN, IRD). « Cette évolution de la température des océans sur presque deux millénaires a pris fin au début de l'ère industrielle, supplantée par le réchauffement global lié aux activités humaines », poursuivent-ils.

Une partie de la mémoire récente des océans est enfermée dans les sédiments marins. © Jisun Kim

Les océans, mémoire du système climatique

Ces travaux montrent également que le « Petit Âge de Glace », période particulièrement froide de notre ère sur les continents entre le XV^e et le XVIII^e siècle, coïncide avec cette diminution des températures de surface de l'océan, suggérant son caractère global.

Ces résultats mettent en évidence la manière dont l'océan agit comme mémoire du système climatique. « Il est important de comprendre comment l'océan module les variations naturelles induites par le volcanisme, car il peut absorber ou relâcher des quantités de chaleur extraordinaire par rapport à l'atmosphère. Grâce à ce travail, nous avons désormais une vision rétrospective des changements à l'échelle des derniers siècles, avant les perturbations majeures induites par les émissionsémissions de gaz à effet de serre dues aux activités humaines », ajoute Helen Mc Gregor.

Les conclusions de cette étude s'appuient sur 57 séries temporelles reconstruisant les variations passées de température de surface à partir de divers enregistrements issus de tous les océans du globe, depuis les tropiquestropiques jusqu'à proximité des pôles. La synthèse et l'analyse de ces reconstructions, impliquant la collaboration de nombreux scientifiques, se sont faites dans le cadre du programme Past Global Changes-Ocean 2k, coordonné par Michael Evans, professeur associé à l'université du Maryland (Etats-Unis). Les données ont été moyennées par intervalle de 200 ans afin d'observer les tendances à long terme. « Quelle que soit la manière d'analyser ces données, ce refroidissement apparaît comme une tendance robuste », explique Helen McGregor.

Lithographie de 1888 montrant la terrible explosion du volcan indonésien Krakatoa le 27 août 1883. © Parker & Coward

Le volcanisme, principal responsable du refroidissement des océans

Pour mettre à jour les causes de cette diminution des températures océaniques, les chercheurs ont eu recours à la modélisationmodélisation. « Nous avons examiné l'impact des changements de la position de la Terre par rapport au Soleil, de l'irradiance solaireirradiance solaire, de l'utilisation des sols, du volcanismevolcanisme et des gaz à effet de serre sur les températures de surface. Seul le forçage volcaniqueforçage volcanique a été en mesure de produire de manière convaincante le refroidissement observé dans les données », précise Hugues Goosse, professeur à l'université de Louvain (Belgique) et maître de recherche au F.R.S-FNRS.

Cette comparaison modèles-données constitue un test concluant pour la validité des modèles climatiques utilisés pour prédire les changements futurs. De plus, la compréhension du rôle des différents facteurs impliqués dans les changements de température de l'océan ouvre des voies nouvelles : « Une grande partie de l'énergieénergie accumulée dans le système climatique suite au réchauffement global est absorbée par les océans. L'augmentation récente des températures de surface préfigure le réchauffement additionnel à venir, de la même manière que le refroidissement était la réponse à long terme aux épisodes volcaniques plus intenses et fréquents », souligne le professeur Evans.

Éruption du volcan Cleveland, dans les îles Aléoutiennes, photographiée le 23 mai 2006, depuis l’espace par les astronautes de l’expédition 13 à bord de la Station spatiale internationale. Retrouvez d’autres photos d’éruptions volcaniques prises depuis l’espace sur la page dédiée du site EarthObservatory. © Nasa, Earthobservatory

« Nous avons encore beaucoup à apprendre sur la manière dont l'océan réagit aux variations climatiques. La poursuite des recherches croisant les données et la modélisation du climat passé devrait nous permettre d'améliorer nos connaissances », conclut le professeur Evans.

Ces recherches ont été financées, au sein du programme Pages (Past Global Changes), par la Fondation nationale américaine pour la science (NSF), l'Agence américaine d'observation océanique et atmosphérique (NOAANOAA) et le Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS). Elles ont aussi été rendues possibles grâce à d'autres financements dont le programme Lefe de l'institut national des sciences de l'universunivers du CNRS.