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Le climat tropical passé revisité

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Les carottes de glace andines sont d'excellentes archives du climat tropical. Leurs compositions isotopiques (deutérium et oxygène 18) apportent notamment des renseignements précieux pour quantifier la variabilité climatique passée. Mais l'interprétation de ces informations reste en discussion dans la communauté scientifique.

Aussi, des chercheurs de l'IRD ont-ils décidé de calibrer ce signal isotopique à partir des précipitations actuelles. Ils ont mis en place un réseau de collecte des précipitations dans la vallée du Zongo en Bolivie, à une cinquantaine de kilomètres du glacier de l'Illimani où fut extraite une carotte de glace recouvrant les 20 000 dernières années.

L'analyse des échantillons de pluie, couplée aux résultats de la modélisation climatique sur la région sud-américaine, montre que leur composition isotopique est principalement contrôlée par la quantité et l'origine des précipitations régionales. À l'échelle interannuelle, les glaciers andins enregistreraient donc davantage l'histoire des variations d'humidité régionales, que les variations de température, comme cela était admis jusqu'ici.

Alors qu'ils ne représentent qu'une faible proportion des glaces continentales (2 %), les glaciers andins constituent d'excellentes archives climatiques. La composition isotopique (oxygène 18 et deutérium) de leur glace constitue un outil d'analyse puissant dans la reconstruction des climats passés. Cependant, l'interprétation de ces marqueurs géochimiques dans les glaces tropicales reste difficile et a engendré, depuis une dizaine d'années, un débat au sein de la communauté scientifique. Si les variations des compositions isotopiques des glaces polaires peuvent être interprétées en termes de variations de température, ce n'est pas le cas sous les tropiques. Le cycle de l'eau y étant plus complexe qu'aux pôles, les fractionnements isotopiques entre les différentes phases de l'eau (glace, liquide, vapeur) au cours de l'évolution d'une masse d'air ne peuvent plus être simplement reliés à la température. Certains chercheurs supposaient déjà le rôle prépondérant de la quantité de précipitation dans le contrôle de la composition isotopique des carottes andines. Mais aucune calibration le vérifiant n'avait encore été effectuée à partir d'observations sur les précipitations actuelles.

Un étalonnage devenait donc nécessaire afin d'interpréter correctement la composition isotopique d'une carotte forée dans le glacier de l'Illimani, en Bolivie. Cette carotte, obtenue en 1999, est particulièrement intéressante car elle renferme des informations climatiques sur les 20 000 dernières années. En collaboration avec la COBEE et l'IHH, les chercheurs de l'unité de recherche Great Ice de l'IRD ont donc mis en place un suivi de la composition isotopique des précipitations actuelles dans la vallée du Zongo, à une cinquantaine de kilomètres du glacier Illimani. Cette vallée occupe une position stratégique car il s'agit d'un point de passage pour les masses d'air en provenance de l'Amazonie, avant qu'elles ne s'élèvent sur les sommets andins et y déposent la neige qui s'accumule au cours du temps.

Vue sur la montagne Illimani depuis le bas de La Paz. ©IRD/Denis Wirrmann

Des pluviomètres ont été installés à différentes altitudes, le long de cette vallée. De septembre 1999 à août 2004, cinq d'entre eux ont collecté des échantillons de précipitation mensuels et trois autres collectaient des échantillons après chaque averse. En parallèle, les conditions météorologiques ont été mesurées. L'analyse de chaque échantillon de pluie a permis de quantifier le contenu isotopique de la pluie en oxygène et en hydrogène. Ces compositions isotopiques ont d'abord été corrélées avec les paramètres météorologiques locaux et régionaux (température ausol, quantité de précipitation, humidité), puis avec ceux reconstitués par des réanalyses météorologiques sur l'ensemble de l'Amérique du Sud tropicale (quantité de précipitation, intensité des systèmes convectifs, température atmosphérique).

À l'échelle saisonnière et interannuelle, il apparaît clairement que la température de surface n'est pas un paramètre clé pour expliquer les teneurs isotopiques. Au contraire, la quantité de précipitation locale et régionale semble être le paramètre prépondérant les contrôlant. Soucieux d'étudier plus finement l'évolution de ces compositions sur une échelle de temps interannuelle, les chercheurs ne se sont pas contentés des cinq années de mesures : ils ont fait appel à la modélisation climatique pour simuler, sur une période de près de 100 ans, les compositions isotopiques des précipitations sur l'ensemble du globe. Ils ont ainsi mis en évidence que la composition isotopique des glaces andines reflète principalement la quantité de précipitation tombée en amont des Andes, le long de la trajectoire des masses d'air, au-dessus de l'Amazonie depuis leur source sur l'Atlantique tropical. La composition isotopique de ces glaces dépend donc bien davantage des variations des conditions d'humidité régionales que de celles de la température, comme cela était auparavant prétendu.

Les masses d'air précipitant sur les Andes ont aujourd'hui pour principale origine l'Atlantique tropical, avant de traverser ensuite l'Amazonie. Supposant que ces trajectoires ont peu varié dans le passé, la calibration obtenue avec les précipitations actuelles a été appliquée à l'enregistrement isotopique obtenu à partir de la carotte de l'Illimani. Les résultats montrent que l'atmosphère au-dessus de l'Amazonie et de l'Atlantique tropical Nord était, de quelques pour cent, légèrement plus humide au cours du dernier maximum glaciaire, il y a 20 000 ans, que ce qui était admis jusqu'alors.

Les chercheurs doivent maintenant affiner ces interprétations en étudiant l'impact potentiel des paramètres climatiques du second ordre sur les compositions isotopiques (température de condensation nette dans les nuages convectifs par exemple) et se pencher sur les mécanismes climatiques qui pourraient expliquer ces variations d'humidité en Amérique du Sud tropicale à l'échelle glaciaire interglaciaire.