Une nouvelle modélisation éclaire sur les cycles glaciaires et leurs transitions abruptes

Depuis 11 700 ans, nous nous trouvons dans ce que l'on appelle une période interglaciaire, soit entre deux glaciations. Et si l'on peut croire l'inverse, ce sont bien ces périodes glaciaires qui sont les plus « courantes » sur Terre. En effet, leur durée dépassait les 100 000 ans jusqu'au Pléistocène supérieur, contre moins de 20 000 ans pour les interglaciaires.

Pour retrouver des preuves de ces différentes ères climatiques, les climatologues recherchent des traces géologiques et étudient la composition isotopique de l'oxygène dans les roches des fonds océaniques. Il a ainsi été constaté que la transition de la dernière ère glaciaire à la période actuelle a été brutale. C'est ce sur quoi s'est penchée une nouvelle étude en libre accès publiée dans Chaos.

Quelles sont les causes de ces glaciations ?

L'équipe s'est plus précisément concentrée sur les paramètres de Milankovitch. Établis à la fin du XIX^e siècle par trois scientifiques, ils caractérisent l'orbite terrestre : l'excentricité (la forme de l'orbite), son obliquité (l'angle entre l'axe de rotation de la Terre et son axe de rotation autour du Soleil) et la précession des équinoxes (variation de la direction de l'axe de rotation de la Terre). Et les trois chercheurs considéraient qu'ils pourraient bien expliquer les variations naturelles du climat. À ne pas confondre avec le réchauffement d'origine anthropique que nous vivons actuellement, bien trop rapide pour venir de causes naturelles.

On voit ici plusieurs des cycles de Milankovitch avec les variations périodiques de l’excentricité de l'orbite de la Terre (à partir de 100 000 ans) ou de l'inclinaison de son axe de rotation par rapport au plan orbital (41 000 ans). © University Corporation for Atmospheric Research

L'étude explique que « l'une des principales caractéristiques de l'hypothèse de Milankovitch est que les terminaisons glaciaires abruptes se produisent en synchronie avec une augmentation du rayonnement solaire reçu en été dans l'hémisphère Nord en raison du forçage orbital ». Et c'est précisément ce que le nouveau modèle établi par les chercheurs vise à tester. Ils jugent cet effet trop faible pour justifier d'une transition aussi rapide. 

De nombreuses rétroactions entrent en effet en compte, difficiles à modéliser, dont certaines que l'on observe actuellement : celle de la glace-albédo, du cycle du carbone, du méthane, du pergélisol... de nombreux accélérateurs de l'augmentation des températures.

Une nouvelle technique de modélisation

De nombreuses modélisations des cycles de Milankovitch ont été effectuées, mais selon les chercheurs, c'est la première fois qu'un modèle reproduit aussi bien la transition brusque. « La principale motivation de cette étude était le souhait de caractériser et d'illustrer l'hypothèse de Milankovitch d'une manière simple, élégante et intuitive », a déclaré Stefano Pierini dans un communiqué, premier auteur de l'étude.

La dernière ère glaciaire a duré 100 000 ans, et s'est terminée il y a 11 700 ans. © I.M.R, Adobe Stock

Pour cela, la nouvelle méthode emploie un « paradigme d'excitation déterministe », une méthode qui combine les concepts d'oscillations non linéaires et d'excitabilité pour relier les paramètres orbitaux de la Terre aux cycles glaciaires. Ainsi, les rétroactions climatiques contribuent à l'excitation rapide du modèle, donc à une transition abrupte. À l'inverse, les oscillations de relaxation correspondent au passage plus lent de l'interglaciaire à la glaciation ! 

Et les résultats sont en accord avec les mesures ! Par la suite, les chercheurs comptent tester ce modèle pour tout le Pléistocène et non le restreindre à la dernière ère glaciaire. « L'application du paradigme d'excitation déterministe dans la formulation de base actuelle peut expliquer le moment des quatre dernières terminaisons glaciaires, a déclaré Stefano Pierini. Étendre la même analyse à tout le Pléistocène fera l'objet d'une future enquête. »