Histoire de.... Glace et climat
Il ne faisait pas très chaud ce soir là, de novembre 2011. Pourtant, dans la salle de la bibliothèque de Nailloux, la glace se brisa rapidement. Frédérique Rémy, directrice de recherches au CNRS, Observatoire Midi-Pyrénées, Legos, réchauffa très vite l’atmosphère. Son exposé sur l’observation de la glaciologie et ses conséquences sur l’avenir climatique de notre planète était au centre de cette soirée organisée à l’initiative de la Société d’Etudes du Lauragais et de la Mission Agrobiosciences. Avec un peu de retard certes, mais nous travaillons pour l’éternité, nous en livrons ici l’exposé introductif.
Histoire de.... Glace et climat
Frédérique Rémy, directrice de recherches au CNRS
Commençons par expliquer les causes des variations du climat. Les Grecs avaient compris que la terre était ronde et que l’équateur recevait beaucoup plus d’énergie que les pôles. Le terme inclinaison à l’époque d’Aristote est le lieu où l’on est. Le géographe Strabon quelques siècles plus tard a utilisé le terme inclinaison, là où on est, « climat », pour signifier le climat au sens habituel du mot tel qu’on l’utilise aujourd’hui. L’autre usage du mot climat a complètement disparu et c’est seulement au XVIè siècle que le mot climat dans le sens où « le climat de cette pièce est chaleureux » est réapparu. Les Grecs avaient compris tout cela. Mais il fallait vérifier que la terre était ronde.
En 340 avant JC, un marseillais Pythéas vogue plein Nord avec une flottille d’une quarantaine de galères. Pythéas vérifie que plus on monte en latitude dans l’hémisphère Nord plus la durée de la nuit est courte, voire que le soleil ne se couche pas du tout. Ce qui confirme dès 340 que la terre est ronde mais en même temps, Pythéas explique qu’il a rencontré une mer « coagulée » où l’on ne peut ni marcher ni naviguer. Il s’agit de la première description des glaces de mer qui ont donné lieu à beaucoup d’interprétations. Les Grecs ayant compris que les pôles étaient gelés ils ont imaginé un climat avec deux pôles « frigida » et un océan bouillant. Si la mer gèle aux pôles, elle bouillonne à l’ équateur. Potentiellement, cela voulait dire qu’aux antipodes il pouvait exister des hommes isolés sans aucun contact avec le reste de l’humanité. Plus tard, l’Eglise affirmera que la terre est plate, simplifiant ainsi le délicat problème des antipodes.
Très vite, avec la navigation, on compris qu’entre la circulation océanique et la circulation atmosphérique, le climat n’était pas si exagéré que cela. Ainsi, il fait beaucoup plus froid au pôle qu’à l’équateur et la Terre est une machine thermique avec des échanges de chaleur. Les pôles ont un rôle de régulateur dans le système.
Autre élément après la forme de la terre, l’effet de serre. Horace Bénédict de Saussure fut au XVIIIè siècle le premier à comprendre que monter en altitude pouvait équivaloir à aller vers le pôle. Il fut le premier à monter au Mont-Blanc avec des instruments de mesure, notamment un hydromètre à cheveux. A cette époque on pouvait ainsi mesurer le degré d’humidité. Saussure se rend compte qu’il gèle, qu’il fait froid et il arrive avec des instruments à faire bouillir de l’eau ce qui lui permet de dégeler ses instruments de mesure. C’est très certainement un des premiers scientifiques à avoir fait des expériences sur l’ effet dit plus tard « de serre. »
Il mesure les effets thermiques du rayonnement solaire à l’aide de boites transparentes qu’il dispose dans la vallée et au sommet d’une montagne. En 1824, Joseph Fourier publie Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires dans lequel il affine l’analyse des expériences de Horace-Bénédict de Saussure en concluant « la température du sol est augmentée par l’interposition de l’atmosphère, parce que la chaleur solaire trouve moins d’obstacles pour pénétrer l’air, étant à l’état de lumière, qu’elle n’en trouve pour repasser dans l’air lorsqu’elle est convertie en chaleur obscure ». On connaît l’effet de l’effet serre sur le climat depuis le milieu du XIXè siècle, même les climato-sceptiques l’admettent. Les températures terrestres résultent d’interactions complexes entre les apports solaires perturbés par les cycles de l’orbite terrestre, de l’effet albedo de la surface terrestre, des courants de convection dans l’atmosphère et les océans, du cycle de l’eau et le forçage radiatif de l’atmosphère notamment. Sans effet de serre nous ne pourrions pas vivre.
On sait que depuis 1750, la quantité méthane a été multipliée par deux. Depuis le début de l’ère industrielle le dioxyde de carbone a augmenté de 30% . En théorie cela induit un degré de température en plus.
En pratique, à cause des glaces, cela peut conduire à un réchauffement plus important car il existe des mécanismes un peu « boule de neige » qui influent sur les climats, justement à cause des glaces qui ont un rôle particulier dans le climat. Les premiers à s’être intéressés à ce rôle et à la forme si particulière du flocon de neige sont les astronomes. Notamment Kepler en 1611 se demande pourquoi la neige a une forme hexagonale, une symétrie d’ordre six. Descartes réfléchit à ce qu’il nomme « les pelotons de glaces. » Cardan, Gassendi vont à leur tour s’intéresser aux flocons de neige. Bernier affirme en 1678 que si la neige pique les yeux c’est à cause des petits dards qui la forment. Aujourd’hui on sait que c’est à cause de la forme du flocon que la neige renvoie plus particulièrement le soleil. C’est un effet majeur de l’effet de serre.
En 1787, Saussure, observe à Chamonix des femmes marchant à pas comptés qui versent de la cendre sur la neige. Sur les parties cendrées la fonte est plus avancée de quelques semaines. Saussure comprend là le phénomène de l’albédo. La couleur a un rôle sur l’absorption de la chaleur.
En terme chiffré : sur cent pour cent d’énergie solaire qui arrive sur la glace il y en a 85% qui est renvoyée et 15% qui est absorbée. Sur la mer, 25% est renvoyée et 75% est absorbée. Il y a un facteur 4 à 5 de différence entre l’absorption de la chaleur des océans ou de la neige. Plus la mer est libre de glaces plus elle va absorber de la chaleur et ainsi nous aurons moins de glace. Chaque année les glaces diminuent et l’océan absorbe de plus en plus de chaleur. Les scientifiques estiment que cela explique un tiers du réchauffement climatique de la planète. Météo France prévoit plusieurs degrés de réchauffement dans les décennies à venir. Dans les régions tempérées on pense à une augmentation de 2 à 3 degrés. Au niveau des pôles on estime que cela peut aller de 5 à 6 degrés.
Un autre élément à prendre en compte est la position de la terre sur son orbite. Il n’y a pas de lien direct avec les glaces mais l’on a compris ce qui se passe grâce aux glaces. Je travaille avec un historien de l’art à ce sujet. Cela permet d’éclairer parfois des énigmes comme celle des cailloux de moraines à l’avant des glaciers. Vers 1840, Agassiz est le premier qui propose scientifiquement l’existence d’âge glaciaire dans le passé de la Terre. L’influence des glaciers sur le déplacement et l’érosion des roches sur lesquels ils sont situés. Pourquoi sont-ils là et qu’y font-ils ? On arrive ainsi à comprendre qu’à certaines époques le climat fut fondamentalement différent.
Quelle en est la cause ? Les savants du XIXe se sont disputés sur les causes de ces changements climatiques passés, l’étude du climat ancien, et l’effet de serre. On sait maintenant que les variations orbitales de la Terre et l’effet de serre expliquent ces variations, l’un faisant le métronome, l’autre l’amplificateur. L’amplitude et le timing de ses variations vont être connus grâce aux glaces des calottes polaires. En Antarctique ou au Groenland, la neige s’accumule, se stratifie, se densifie au fur et à mesure des nouvelles chutes et petit à petit emprisonne des bulles d’air. Ces bulles d’air contiennent de l’air de l’époque où elles ont été emprisonnées. Les Russes ont procédé à un carottage à Vostok, au-dessus d’un lac subglaciaire, situé sous quelque 3 768 mètres de profondeur. Le lac a été atteint, après trente ans de forage sous la calotte du pôle Sud. Ce lac d’eau pure, isolé de la surface depuis des millions d’années, s’étend sur 250 km de long et 50 km de large. Dans le carottage on découpe la glace et à partir des isotopes de l’oxygène on peut reconstituer la température de l’époque et à partir des bulles emprisonnées la composition de l’air de l’époque. Ainsi on peut dire que vers -15 000 ans, la température est d’environ de -6 à –7 degrés. De –100 000 à -200 000 ans la température est semblable à celle que nous connaissons.
Au travers des carottages on voit des cycles climatiques de 100 000 ans. Et 100 000 ans c’est le basculement de l’orbite de la terre. Grâce au carottage nous avons la température et la composition de l’atmosphère. Nous avons la preuve directe qu’il y a une relation entre gaz à effet de serre et température. On peut le mesurer.
Nous sommes actuellement dans une période inter-glaciaire. Les périodes glaciaires sont les plus longues. Dans l’hémisphère Nord les glaces de mer représentent jusqu’à 15 millions de Km2. Les glaces du Groenland, dix fois moins mais toutefois trois fois la France. L’Antarctique a une surface de 15 à 16 millions de Km2 à laquelle s’ajoutent 20 millions de Km2 de glaces de mer. Les glaces du globe représentent 1/8 de la surface de la terre. Il y a deux types de glaces : Les glaces de mer, une petite pellicule de l’océan qui gèle et est très sensible au climat. Les glaces continentales, plus longues à réagir, mais qui en fondant vont augmenter le niveau de la mer et modifier la circulation océanique.
On peut donc dire que les glaces, par leur sensibilité au climat et par leur rôle sur le climat sont à la fois des témoins et des acteurs du système cliatique terrestre.
Frédérique Rémy
