Les événements climatiques et tectoniques peuvent sembler insignifiants face aux forces qui régissent la rotation de la Terre et son orbite. Pourtant, une nouvelle étude montre qu’ils auraient une influence non négligeable.

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[EN VIDÉO] Pourquoi ne sent-on pas que la Terre tourne ? La Terre effectue un tour complet sur elle-même en 24 heures, ce qui correspond à une vitesse tangentielle de 1675 km/h ! Pourtant, contrairement à un manège, nous ne ressentons pas le mouvement.

La TerreTerre tourne sur elle-même et autour du SoleilSoleil, mais ces mouvementsmouvements ne sont pas simples. En effet, l'orbiteorbite terrestre est loin d'être un cercle parfait et s'apparente plutôt à une ellipse. De même, l'axe de rotation de notre Planète n'est pas fixe. Il oscille légèrement et très lentement, sur une période de 25.679 ans environ, un peu comme une toupie sur le point de s'arrêter. Ces deux paramètres, ellipticité et précessionprécession des équinoxeséquinoxes, modulent le climat terrestre sur de grandes échelles de temps.

La précession, en particulier, fait varier la quantité de rayonnement solaire impactant la surface de la Terre (insolationinsolation). Comprendre l'évolution de ce paramètre est donc important pour mieux qualifier les changements climatiqueschangements climatiques qui se sont produits au cours du temps. Car il s'agit bien d'un paramètre variable. La précession de l’axe terrestre est en effet gouvernée par les forces d'attractions qu'exercent la LuneLune et le Soleil sur la Terre et qui sont responsables des maréesmarées. Les effets de marée dépendent cependant de la distance Terre-Lune et de l'ellipticité de l'orbite terrestre.

Le phénomène de précession des équinoxes © Nasa, Mysid, <em>Wikimedia Commons</em>, domaine public
Le phénomène de précession des équinoxes © Nasa, Mysid, Wikimedia Commons, domaine public

Les sédiments, archives des paramètres orbitaux

Au cours des temps géologiques, ces différents paramètres ont subi des variations. S'il existe des modèles théoriques permettant de prédire l'évolution de ces paramètres orbitaux au cours du temps, il n'est cependant pas évident d'en retrouver la trace dans les archives naturelles terrestres.  

Deux scientifiques se sont penchés sur cette question. Pour tenter d'observer l'évolution de la période de la précession de l'axe terrestre, ils se sont intéressés aux informations que renferment les sédiments. Les dépôts sédimentaires sont en effet sensibles aux variations du milieu et permettent de remonter aux conditions environnementales qui régnaient lors de leur formation. C'est ainsi que l'on observe, dans les séries sédimentaires, de grandes variations cycliques liées au climat et notamment aux variations du volume des glaces : ce sont les cycles de Milankovitchcycles de Milankovitch. Or, ces cycles sont intimement liés aux paramètres orbitaux que sont l'excentricitéexcentricité, l'inclinaison et la précession de l'axe terrestre.

Les variations des différents paramètres lors des cycles de Milankovitch : précession, obliquité, excentricité, forçage solaire et impact sur les glaciations. © Robert A. Rohde, <em>Global Warming Art project</em>., <em>Wikimedia Commons</em>, CC by-sa 3.0
Les variations des différents paramètres lors des cycles de Milankovitch : précession, obliquité, excentricité, forçage solaire et impact sur les glaciations. © Robert A. Rohde, Global Warming Art project., Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Dans un article publié dans Global and Planetary Change, deux chercheurs présentent les résultats de leurs analyses sur des échantillons de sédiments datant du début de l'Éocène (55,8 à 40,9 millions d'années). À partir de l'étude des cycles de Milankovich, ils ont ainsi pu calculer des taux de précession « observés » qu'ils ont comparés avec les modèles théoriques d'origine astronomique. Si les valeurs concordent globalement pour l'âge de 42,5 millions d'années, ce n'est pas du tout le cas pour l'âge de 55 millions d'années. Cette divergence entre les valeurs observées et le modèle théorique soulève des questions.

La rotation de la Terre affectée par le climat et la géodynamique

Pour les scientifiques, il apparait que certains paramètres capables d'influencer la précession de l'axe ne sont pas pris en compte dans le modèle théorique. Mais lesquels ?

Pour les identifier, il faut se pencher plus précisément sur cette période du début de l'Éocène. Car il y a 55 millions d'années, la Terre connaissait plusieurs bouleversements majeurs. Climatique en premier lieu : cette période est en effet marquée par ce qu'on appelle un optimum climatique, caractérisé par des températures globalement très élevées et l'absence de calottes glaciaires au niveau des pôles.

Variations des températures du globe sur les 500 derniers millions d'années. L'optimum climatique de l'Eocène (en vert) est bien visible. © Ariel Provost, <em>Wikimedia Commons</em>, CC by-sa 4.0
Variations des températures du globe sur les 500 derniers millions d'années. L'optimum climatique de l'Eocène (en vert) est bien visible. © Ariel Provost, Wikimedia Commons, CC by-sa 4.0

Géodynamique en deuxième lieu : c'est à cette époque notamment que commence la collision entre l'Inde et l'Asie, et que l'expansion des fonds océanique s'accélère. Pour les scientifiques, cette situation climatique et géodynamique aurait pu influencer les effets de marée, qui auraient alors été plus faibles que ceux prévus par le modèle théorique. La convectionconvection mantellique, en lien avec la tectonique des plaques en surface, aurait également pu influencer l'ellipticité de l'orbite terrestre. Le tout se conjuguant pour affecter le taux de précession.

Cette étude montre l'influence que peut avoir la dynamique terrestre, tant du point de vue climatique que des processus internes, sur des phénomènes orbitaux comme la précession de l'axe.