D’après le Met Office, l’année de 2015 sera probablement la plus chaude depuis le début des relevés en 1850. La moyenne sur janvier-octobre a atteint selon l’organisme britannique un niveau record ;  novembre et décembre devraient encore renforcer la tendance. Nous disposons désormais de 166 années d’archives basées sur des relevés instrumentaux. Ce record de 2015 est impressionnant par rapport à la période récente mais est-il exceptionnel par rapport aux températures plus lointaines ? En compilant les traces relevées dans la nature, des scientifiques ont tenté de relever ce défi impossible : reconstruire les températures du passé pour mieux situer le climat actuel.

Sur le dernier million d’années, la planète a connu de longues périodes froides de 100 000 ans entrecoupées de phases plus chaudes de 10 000 à 20 000 ans. Les recherches ont permis d’identifier deux mécanismes principaux pour expliquer ces variations du climat : la position de la Terre par rapport au Soleil et la teneur de l’atmosphère en CO2.

Les prélèvements dans les calottes de glace de l’Antarctique et du Groenland ont apporté une mine d’informations et ont permis notamment de reconstituer l’évolution des températures. Les scientifiques ont ainsi pu constater qu’elles suivaient fidèlement celle des niveaux de CO2. Les archives glaciaires montrent que les concentrations actuelles de gaz à effet de serre sont les plus élevées depuis au moins 800 000 ans.

Concentrations de CO2 et températures de l’Antarctique des 800 000 dernières années (source : NASA)

D’autre part, si le rayonnement solaire reste sensiblement le même en moyenne, il peut fortement varier localement. Les paramètres astronomiques réchauffent ponctuellement les régions septentrionales et sont capables d’amorcer une période interglaciaire. C’est ce qui s’est passé il y a une vingtaine de milliers d’années. La hausse de l’insolation a été suivie d’une fonte des calottes glaciaires et d’une libération de CO2 d’origine naturelle : la déglaciation s’est soldée par un réchauffement global d’environ 5°C et une élévation de la mer d’une centaine de mètres.

Au terme de cette débâcle, une nouvelle période interglaciaire a débuté il y a 11 000 ans : l’Holocène. Cette période peut-être qualifiée de chaude au regard des conditions précédentes mais il est difficile de situer le climat moyen de l’Holocène par rapport à l’époque moderne. Pour évaluer la température mondiale, une analyse plus fine que celle issue des archives glaciaires était nécessaire. Il y a une cinquantaine d’années, un climatologue anglais, Hubert  Lamb, avait déjà postulé l’existence d’une période chaude entre 900 et 1300 après J.C, le fameux optimum médiéval, suivi entre 1500 et 1800 d’un petit âge de glace. Pour cela, il avait utilisé des données historiques, botaniques et archéologiques.

Depuis lors, bien des progrès ont été réalisés dans la collecte et l’interprétation des archives climatiques. Les indices récoltés dans la glace, les cernes des arbres et les coraux ont permis de reconstruire les températures des derniers millénaires, avec notamment les travaux de Michael E. Mann, auteur de la courbe en forme de cross hockey montrant un lent déclin des températures depuis l’optimum médiéval et un réchauffement accéléré au 20è siècle.  La période controversée de l’Optimum Médiéval (de 950 à 1250), aurait connu des températures comparables à celles de la fin du 20è siècle mais seulement dans certaines régions alors que le changement climatique actuel est généralisé. La courbe de Mann montre que les températures de la fin du 20è siècle sont les plus élevées des 1500 dernières années.

D’autres archives paléoclimatiques éparpillés à travers le globe ont montré que le climat de l’Holocène avait probablement atteint des sommets entre 9000 et 6000 ans BP (before present, « avant le présent »). Mais il manquait une véritable reconstitution des températures permettant d’évaluer le climat des derniers millénaires de manière globale.

En compilant les données de 73 sites répartis à travers la planète, des chercheurs (Shaun Marcott, Jeremy Shakun, Peter Clark et Alan Mix) ont réussi à remonter plus loin que Michael Mann : jusqu’à 11 300 ans en arrière, soit la totalité de l’Holocène. L’étude publiée dans la revue Science en 2013 a permis de déterminer que le début de l’Holocène avait connu un réchauffement de 0,6°C  pour atteindre un plateau entre 9500 et 5500 BP. Cette phase chaude a ensuite été suivie d’un refroidissement de 0,7°C entre 5500 BP et le début du 20è siècle. Les températures les plus basses ont été enregistrées il y a 200 ans lors du petit âge de glace, qui a surtout concerné l’hémisphère nord.

Pour réaliser leur étude, les chercheurs n’ont pas collecté eux-mêmes les archives paléoclimatiques mais ont utilisé les données déjà publiées dans des revues scientifiques ces 15 dernières années. La difficulté du travail a donc été de compiler ces archives éparses pour constituer une moyenne globale. Les carottes de glace ont bien été utilisées mais comme elles représentent essentiellement les climats polaires, des données issues des océans et des lacs ont donc été ajoutées pour obtenir une moyenne plus cohérente. L’un des points intéressants de cette étude est qu’elle obtient avec des données différentes  les mêmes résultats sur les 1500 dernières années que l’analyse de Michael E. Mann, basée essentiellement sur les cernes des arbres. De quoi donner du crédit à la reconstitution des températures plus anciennes de l’Holocène.

Mais est-il possible de comparer les températures obtenues par les archives paléoclimatiques à celles des instruments modernes ? Shaun Marcott et ses collègues ont tenté de s’atteler à cette tâche non sans précautions. Car il y a bien des différences entre ces deux types de données. Tout d’abord, il y a nécessairement davantage d’incertitude avec des archives qui doivent être interprétées qu’avec des mesures directes. D’autre part, la résolution n’est pas la même : pour remonter au début de l’Holocène, les chercheurs ont dû utiliser des archives avec une résolution moyenne de 120 ans. Une telle fourchette est difficilement comparable à un échantillon plus court comme le début du 21è siècle.

Ces précautions prises, les chercheurs ont calculé que la période 2000-2009 n’avait probablement pas dépassé les températures les plus élevées relevées entre 9500-5500 BP mais qu’elle était tout de même plus chaude que 75% de la totalité de l’Holocène (depuis 11 300 BP). En revanche, la décennie 1900-1905 aurait été plus froide que 95% de l’Holocène… De quoi mesurer la rapidité du changement climatique depuis 1900.

L’élévation des températures au cours du 20è siècle est d’autant plus surprenante au regard de l’évolution de l’insolation dans l’hémisphère nord, particulièrement les hautes latitudes. On peut voir ci-dessous que les niveaux actuels sont retombés au niveau de la dernière glaciation après un pic entre 12 000 et 9 000 BP :

Insolation à 90 et 60° de latitude Nord au mois de juin entre 20 000 BP (à droite) et aujourd’hui (à gauche). Source : Berger et Loutre, 1991.

Les températures devraient être à la baisse depuis 5000 ans et c’est bien ce qui s’est produit, confirme l’étude de Shaun Marcott et al. Pourtant, un réchauffement important a eu lieu au 20è siècle, amenant les températures vers les plus hauts niveaux relevés lors de l’Holocène. Comment l’expliquer ? L’étude de Marcott ne porte pas sur les causes du réchauffement car on sait déjà quel est le principal candidat pour expliquer cette variation récente, n’est-ce pas ?

Evolution de la température mondiale (°F) et de la concentration de l’atmosphère en CO2. Source : NOAA.

Maintenant, parlons de 2015 : c’est de loin l’année plus chaude depuis le début des relevés issus des stations météo au sol et des mesures à la surface de la mer. Si on prend les chiffres du Met Office pour 2015 (de janvier-octobre), on observe un niveau record de +0,71°C par rapport à la moyenne 1961-1990 (avec HadCRUT4). Les auteurs de l’étude parue dans Science ont relevé pour 2000-2009 une température moyenne de +0,41°C (avec HadCRUT3), qui, on le rappelle, est censée être plus chaude que 75% de l’Holocène.

Les chiffres de la NASA et de la NOAA sont comparables à ceux du Met Office. Sur les 20 années les plus chaudes depuis 1880, pas moins de 15 ont été relevées après l’an 2000 ; les 5 autres après 1990.

Les 20 années les plus chaudes depuis 1880 (écart à la moyenne du 20è siècle). Sources : NOAA, NASA, Met Office.

Shaun Marcott et ses collègues avaient cependant prévenu dans leur étude parue dans Science que la comparaison entre les données paléoclimatiques et les observations instrumentales était à prendre avec prudence en raison d’une résolution différente. L’intérêt, au final, n’est pas de savoir si 2015 est dans l’absolu l’une des années les plus chaudes de l’Holocène. Car une résolution plus fine montrerait sans doute dans les archives climatiques des pics de chaleur encore plus importants. En revanche, le début du 21è siècle apparaît bien comme l’une des périodes les plus chaudes de l’Holocène, et cela à un moment où l’insolation dans l’hémisphère nord ne peut servir d’explication. Au moment où l’étude a été publiée dans Science, en 2013, on ne savait pas que le record de chaleur serait à nouveau battu en 2014, puis – sans doute – en 2015.