Les quantités actuelles de CO2 dans l’atmosphère sont probablement les plus élevées depuis trois millions d’années, d’après une nouvelle étude. Pour la première fois, une équipe de scientifiques a réussi à réaliser une modélisation qui correspond aux données sur l’évolution du climat dans les sédiments des fonds océaniques au cours de cette période. L’étude révèle que l’avènement des cycles glaciaires a été principalement déclenchée par une diminution des niveaux de CO2. L’article montre que les températures moyennes mondiales n’ont jamais dépassé les niveaux préindustriels de plus de 2°C au cours des trois derniers millions d’années.
On savait déjà, grâce à l’analyse des carottes de glace tirées de l’Antarctique, que les niveaux de CO2 actuels étaient les plus importants des 800 000 dernières années.
Teneur de l’atmosphère en CO2 ces 800 000 dernières années et projection pour 2100 (source : NOAA)
Une nouvelle étude publiée dans Science Advances par des chercheurs du PIK Potsdam et de l’Institut Max Planck montre que la quantité de gaz à effet de serre dépasse également toute la période du Quaternaire – et même légèrement au-delà.
Le Quaternaire est la période géologique la plus récente, couvrant les quelques 2,6 millions d’années écoulées.
Si l’analyse des sédiments au fond des mers avait déjà permis d’évaluer températures et les volumes de glace de l’océan, jusqu’à présent, le rôle joué par les changements de CO2 dans la formation des cycles glaciaires n’était pas pleinement compris sur l’ensemble de la période du Quaternaire.
Comment les auteurs de la nouvelle étude ont-ils pu améliorer la compréhension des cycles glaciaires ? D’abord, rappelons que les variations climatiques du Quaternaire peuvent être déduites des isotopes d’oxygène mesurés dans les carottes de sédiments des grands fonds, qui représentent les variations du volume global des glaces et de la température de l’océan.
Ces données montrent qu’il y a eu une tendance générale vers des calottes glaciaires plus étendues et des températures plus froides au cours des 3 derniers millions d’années, accompagnée d’une augmentation de l’amplitude des variations glaciaires et interglaciaires. On peut également y voit la transition entre des cycles essentiellement symétriques d’une périodicité de 40 000 ans vers des cycles fortement asymétriques de 100 000 ans (sur le dernier million d’années).
Cependant, les causes ultimes de ces transitions dans la dynamique du cycle glaciaire ne sont pas clairement établies. Il y a notamment des incertitudes quand au rôle des changements de CO2 dans la formation de la dynamique climatique pour la période antérieure à 800 000 ans avant aujourd’hui. Autrement dit, au-delà de la période couverte par les données sur les carottes de glace de haute qualité.
L’apport de l’article publié dans Science Advances, est pour la première fois, de reproduire la variabilité climatique naturelle de l’ensemble du Quaternaire avec un modèle de complexité intermédiaire.
S’appuyant sur des recherches antérieures, les chercheurs ont reproduit les principales caractéristiques de la variabilité naturelle du climat au cours des derniers millions d’années avec une simulation informatique basée sur des données astronomiques et géologiques et des algorithmes représentant la physique et la chimie de notre planète.
Les niveaux de CO2 sont l’un des principaux moteurs des cycles glaciaires, avec les variations de la rotation de la Terre autour du soleil, les cycles de Milankovitch.
La simulation s’est bien sûr appuyée sur ces modifications bien connues de la position de la Terre par rapport au soleil et sur le dégagement de CO2 des volcans.
Mais l’étude s’est également penchée sur les changements dans la répartition des sédiments à la surface de la Terre, car les calottes glaciaires glissent plus facilement sur le gravier que sur le substrat rocheux. La modélisation a aussi pris en compte le rôle de la poussière atmosphérique, qui assombrit la surface de la glace et contribue ainsi à la fonte.
Il s’avère que les modélisations réalisées par les auteurs de l’étude sont concordantes avec les données brutes de la mer profonde. Le modèle reproduisant les principales caractéristiques de l’histoire climatique observée, on peut espérer qu’il s’agisse d’une contribution importante à la compréhension du système climatique terrestre.
Il semble que nous poussions maintenant notre planète au-delà des conditions climatiques rencontrées pendant toute la période géologique actuelle.
Les résultats de l’étude corroborent l’idée selon laquelle la concentration actuelle de CO2 – plus de 410 ppm – est sans précédent depuis au moins 3 millions d’années et que la température globale n’a pas dépassé la valeur préindustrielle de plus de 2°C au cours de tout le Quaternaire.
Résultats de la modélisation : concentration de CO2 atmosphérique (en rose) comparée aux données sur le noyau de glace (trait continu) et à d’autres approximations. Willett et al, 2019.
Tout cela implique une forte sensibilité du système terrestre à des variations relativement faibles du CO2 atmosphérique.
Le scénario du Quaternaire serait le suivant. Une diminution progressive du CO2 jusqu’à des valeurs inférieures à environ 350 ppm a entraîné le début de la croissance de la calotte glaciaire continentale au Groenland et plus généralement dans l’hémisphère nord à la fin du Pliocène et au début du Pléistocène (Le Pliocène est une période de l’échelle de temps géologique qui s’étend de 5,332 millions à 2,588 millions d’années avant notre ère. Le Pliocène suit le Miocène et est suivi par le Pléistocène).
Par la suite, le mouvement abrasif des calottes de glace a eu pour effet de retirer progressivement l’épaisse couche de sédiments non consolidés qui s’était formée auparavant.
L’érosion de cette couche de sédiments par le déplacement des glaciers a affecté l’évolution des cycles glaciaires de plusieurs manières. Premièrement, les inlandsis assis sur des sédiments meubles sont généralement plus mobiles que ceux situés sur un substrat rocheux dur, car la glace glisse plus facilement sur les sédiments que le substrat rocheux.
De plus, le transport des sédiments glaciaires vers les marges de la calotte glaciaire génère des quantités importantes de poussières qui, une fois déposées sur la surface de la calotte glaciaire, augmentent la fonte des calottes glaciaires en abaissant l’albédo de surface. L’étude montre que l’augmentation progressive de la superficie du substrat rocheux exposé a progressivement conduit à la formation de plaques de glace plus stables, moins sensibles au forçage orbital. C’est ce qui aurait finalement ouvert la voie à la transition vers des cycles de 100 000 ans il y a environ 1 million d’années.
Épaisseur maximale modélisée de la glace avant (A) et après (B) après la transition MPT. Les lignes en pointillés en (B) indiquent l’étendue de la glace reconstituée au dernier maximum glaciaire. Source : Willett et al, 2019.
La fin du Pliocène fut relativement proche de nous en termes de niveaux de CO2. Les modélisations suggèrent qu’au Pliocène, il n’y avait ni cycle glaciaire ni grosses calottes glaciaires dans l’hémisphère nord. Le CO2 était trop élevé et le climat trop chaud pour le permettre. D’après le dernier rapport du GIEC, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, avec des niveaux de CO2 de 400 ppm à la fin du Pliocène, les températures furent 2 à 3°C plus élevées que la période préindustrielle.
Succédant au Pliocène, le Pléistocène est la première époque du Quaternaire, période caractérisée par l’apparition de cycles glaciaires et interglaciaires, causés par la croissance et le déclin cycliques des inlandsis continentaux dans l’hémisphère nord.
La température globale actuelle, qui est désormais au moins 1°C au-dessus de la période préindustrielle, s’approche des +1,5°C.
Au Pliocène, le niveau de la mer était entre 10 et 40 mètres au-dessus du niveau actuel, en raison de la fonte du Groenland, de l’Antarctique de l’Ouest et d’une partie de l’Antarctique de l’Est. Avec un scénario d’émissions soutenues de CO2, les prévisions du GIEC sont d’environ un mètre à l’horizon 2100 mais on sait déjà que les glaciers continueront à fondre au-delà.
global-climat 
Bonjour Johan,
La température globale actuelle, qui est désormais d’au moins 1°C au-dessus de la période préindustrielle, s’approche déjà des +1,5°C depuis mars dernier avec +1,413°C au-dessus de l’ère préindustrielle (avec les données historiques de la NASA). Considérant votre artice https://global-climat.com/2016/06/09/vers-une-acceleration-du-rechauffement-dici-2022/ publié le 9 juin 2016, intitulé « Vers une accélération du réchauffement d’ici 2022 » y a-t-il des probabilités statistiques que ce fameux +1,5°C de réchauffement mondial moyen soit atteint aussi rapidement que d’ici 2022 au lieu que cette dite température soit atteinte qu’en dans 10-15 ans comme prévu par le Dr Jean Jouzel ?
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Bonjour Jacques,
Le Met Office a évalué le risque, il serait assez faible mais pas totalement inexistant : de l’ordre de 10% d’ici 2022, d’après eux. J’en ai parlé dans un article fin 2018 : « Regardons maintenant ce que dit l’intervalle de confiance de 90%. Prises individuellement, les années allant de 2018 à 2022 devraient évoluer dans une fourchette comprise entre 0,96°C et 1,54°C (c’est l’intervalle de confiance de 90%) par rapport aux conditions préindustrielles. Il y donc un risque très faible (environ 10%) de voir une année dépassant temporairement 1,5°C. Il faudrait pour cela un événement El Niño majeur et un contexte de réchauffement des températures dans le Pacifique. »
Autrement dit, les conditions pour approcher 1,5°C rapidement : une phase chaude dans le Pacifique (IPO), un gros El Nino, pas de grosse éruption volcanique et un contexte globalement favorable à des températures de surface élevées.
Sinon, le budget carbone a été revu à la hausse depuis 2016 suite à la publication de nouvelles études sur la manière de le calculer.
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Bonjour Johan, dire que l’on pousse la planète en dehors des limites connue et parler de forte sensibilité à des variations relativement faibles du taux de CO2 me paraissent être de doux euphémismes !
Pendant la période du quaternaire, le taux max de CO2 était apparemment de plus ou moins 360 ppm. Or nous sommes maintenant 20% au-dessus !
Par ailleurs y-a-t-il eu des études sur la présence de méthane, et autres gaz proches,à cette époque, celui-ci ayant des effets très délétères sur le climat ?
Merci encore pour ce blog passionnant !
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Merci beaucoup Rudolf.
Sur les 800 000 dernières années, on a les proxy de glace, le méthane a varié avec la température mais rien d’extraordinaire à noter. Dans l’étude en question, qui remonte à 3 millions d’années, les auteurs ont tablé par défaut sur des variations du même acabit. Il y a en revanche eu des périodes plus lointaines où le méthane aurait joué un rôle de premier plan, comme lors du Paleocene-Eocene Thermal Maximum.
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C’est une étude passionnante! Je savais que la nature du substrat à la base des glaciers a un impact fort sur leur dynamique mais, curieusement, je n’avais pas imaginé qu’il puisse avoir un tel rôle dans la coévolution des glaciers et du climat au cours du quaternaire! Comme quoi, Milankovic n’explique pas tout…
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Cela permet d’expliquer en tout cas le passage à des cycles plus marqués vers 1 million d’années BP.
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Bonne nouvelle: le projet EPICA devrait reprendre l’an prochain pour forer des carottes de glaces permettant de remonter à environ 1,5 million d’années dans le passé!
https://www.sciencesetavenir.fr/nature-environnement/climat/antarctique-remonter-jusqu-a-il-y-a-1-5-million-d-annees_132850
On verra si les résultats du projet concordent avec ceux de cette étude pour la transition mi-pléistocène, au moment de la modification des cycles glaciaires.
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Ah oui, exact, c’est une bonne nouvelle pour la science.
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Bonjour à tous, et merci pour ce site génial et à toutes ces infos,
Un niveau de CO2 jamais atteint depuis 3 millions d’années ! Mais je me pose une question sur l’origine .. et actuellement notre niveau de CO2 déjà atteint l’est du fait du CO2 fossile relargué sous l’ère industriel (en moins de 150 ans).. Peut on donc émettre la théorie que le niveau CO2 du pliocene proche de 400ppm et avec un climat plus chaud correspond à un CO2 « naturel » (fonte des glaces,couvert végétal different) à opposer à notre CO2 anthropique ? Et qui viendra se surajouter à ce que l’on observe actuellement ?
Merci par avance.
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Bonjour Fred et merci pour le commentaire. Si on remonte très loin dans le passé, le dégazage de CO2 lié au volcanisme a pu faire grimper l’effet de serre. Mais cet effet a diminué depuis 55 millions d’années. Sur le dernier million d’années, le CO2 oscille entre 180 et 280 ppm entre les périodes glaciaires et interglaciaires. La hausse entre 280 et 410 aujourd’hui est le fait de l’activité industrielle. Ce qui pourrait faire augmenter le niveau de gaz à effet de serre, en plus des émissions anthropiques, c’est l’affaiblissement des puits de CO2 (l’eau chaude dissout moins bien le CO2 que l’eau froide) et le dégel du permafrost.
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Merci pour cette réponse, l’échelle de temps de nos discussions est assez déstabilisante. Nous parlons d’une évolution sur le dernier million d’année qui oscille entre 180 et 280 ppm et d’une augmentation sur 150 ans de 280 à 410 ppm. Observe t-on dans le passé géologique des évolutions sur de périodes de temps aussi courte ? Vous parliez d’activité volcanique mais je crois par exemple que les trapps du Decan ont eu une activité sur plusieurs millions d’années également… On a changé la chimie de l’atmosphère comme si on faisait une expérience de dosage par précipitation mais en versant toute la solution réactive d’un coup ! Je vais continuer à vous lire car je suis entouré de personnes qui disent que ce début d’année 2019 est froid et humide (sans doute vraie pour la France) et que le réchauffement climatique n’est qu’une lubie..mais quand on regarde les chiffres au niveau mondial, on se rend bien compte d’un changement profond et inéluctable.
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La vitesse est sans précédent. Tant pour le déclin des espèces vivantes.
La météo du mois de mai n’est pas extraordinaire pour la france, et les descentes d’air polaire peuvent encore arriver (généralement quelques jours et départ aussi brusque que l’arrivée). Si les outils numériques on tendance à amenuiser nos capacités mémorielles (je me souviens pourtant avoir vécu des fin mai assez frileuses durant les années 80), espérons quand même que ce que l’on y retrouve du passé ne soit pas traffiqué. Voici un lien de MétéoFrance qui contient un historique qui peut déjà lever quelques doutes : http://www.meteofrance.fr/actualites/63901856-avril-mai-juin-2018-un-trimestre-bien-chaud
Pour la « lubie », au sens commun voire péjoratif, ça peut l’être effectivement : s’intéresser aux mécanismes météorologiques et/ou climatiques, aux sciences de l’atmosphère, de près ou de loin, ça ne l’est pas. Être pessimiste non plus. Par contre bassiner son entourage qui n’est pas récéptif à d’autres informations avec ça, ça l’est. 😉
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Une descente d’air polaire d’autant plus ennuyeuse qu’elle survient à un moment où la végétation a pris de l’avance…
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Oui, surtout sur les bourgeons, il n’y aurait guère que notre espèce pour trouver cela ennuyeux. Je n’ai jamais vu les végétaux dans leur ensemble se faire déglinguer davantage par le gel que par nos activités, nourricières ou artistiques. Maintenant qu’ils ne manquent plus de nourriture, eux… 😉
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Je ne suis pas sûr qu’en remontant très, très loin en arrière, il soit possible de connaître avec précision le rythme d’augmentation du CO2 pour le comparer à la résolution actuelle . Une étude a quand même estimé que le rythme actuel était le plus rapide des 66 derniers millions d’années : https://www.nature.com/articles/ngeo2681.
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Bonjour Johan
Merci pour l’article et les réponses aux commentaires.
Je reviens sur la question de Fred car je ne suis pas sûr d’avoir compris la réponse.
Sait-on à quoi était due la forte concentration en CO2 de l’athmosphère il y a 3 millions d’années ? Aujourd’hui on l’explique par les activités humaines et notamment la combustion d’énergies fossiles mais qu’en était-il il y a 3 millions d’années ?
Merci par avance !
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