On savait déjà que l’excentricité de la Terre était synchronisée avec les cycles glaciaires. Des chercheurs français viennent de découvrir qu’elle régit aussi l’évolution de la vie marine et du climat en général et ce, malgré une influence au départ minime. Voici comment cela fonctionne.

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Il y a une cinquantaine d'années, les chercheurs ont découvert que l'excentricitéexcentricité de la Terre (lire encadré) était étroitement corrélée avec les cycles glaciaires. Ainsi, au cours des 400.000 dernières années, les cycles entre une période glaciairepériode glaciaire et une période interglaciaire sont synchronisés avec l'orbiteorbite terrestre selon un rythme d'environ 100.000 ans. Il peut sembler étonnant qu'une variation aussi faible ait autant d'impact sur le climatclimat : le changement de l'orbite terrestre exerce une influence environ 10.000 fois inférieure à celle de la quantité de lumièrelumière reçue (qui dépend par exemple de l’axe de rotation de la Terre). Depuis des années, les chercheurs s'interrogent donc sur ce qui pourrait contribuer à l'amplification de ces fluctuations climatiques.

Le saviez-vous ?

Contrairement à ce que l’on pense souvent, l’orbite de la Terre n’est pas parfaitement circulaire. Elle subit des variations. Cette variation appelée « excentricité » mesure la déviation par rapport à l’orbite circulaire. L’excentricité varie ainsi entre 0 et 0,06 tous les 100.000 ans environ (sachant qu’une excentricité de 0 correspond à une orbite parfaitement circulaire). Ces écarts sont causés par l’attraction gravitationnelle des autres planètes du système solaire.

Des squelettes d’algues pour étudier la biodiversité

Dans une nouvelle étude parue dans Nature, Luc Beaufort et ses collègues du CNRS, à Marseille, se sont intéressés au phytoplanctonphytoplancton pour analyser les variations climatiques terrestres au cours du PléistocènePléistocène, et notamment le changement de composition des coccolithes, ces structures en calcairecalcaire qui recouvrent les coccolithophores. Ces dernières offrent un bon aperçu de la diversité du phytoplancton, étant donné que chaque espèceespèce produit une forme de coccolithe différente.

Les coccolithophores sont des algues marines caractérisées par un exosquelette de plaques qui se chevauchent (coccolithes) composées de carbonate de calcium. © Richard D. Pancost et <em>al.</em>, <em>Nature</em>, 2013
Les coccolithophores sont des algues marines caractérisées par un exosquelette de plaques qui se chevauchent (coccolithes) composées de carbonate de calcium. © Richard D. Pancost et al., Nature, 2013

Les chercheurs ont eu recours à l'intelligence artificielleintelligence artificielle, et plus précisément à un puissant réseau neuronal, pour accélérer artificiellement le processus de formation des coccolithes. Ils ont alors constaté que plus l'excentricité de la Terre est importante, plus le phytoplancton est diversifié et vice-versa. En effet, plus l'orbite est excentrique, plus les contrastescontrastes saisonniers sont grands, ce qui permet d'augmenter le nombre de niches écologiques et donc la diversité phytoplanctonique.

Taille et densité de la coccolithe des Noelaerhabdaceae, excentricité et climat au cours des 2,8 derniers millions d'années. © Luc Beaufort et <em>al.</em>, <em>Nature</em>, 2021
Taille et densité de la coccolithe des Noelaerhabdaceae, excentricité et climat au cours des 2,8 derniers millions d'années. © Luc Beaufort et al., Nature, 2021

Une boucle de rétroaction amplifiant les variations climatiques

Mais ce que montrent surtout les chercheurs, c'est que cette diversité exerce elle-même une action sur le climat : les espèces de phytoplancton de taille moyenne correspondant à une plus faible biodiversité ont tendance à davantage stocker le carbonecarbone dans les coccolithes sous forme de carbonate de calciumcarbonate de calcium. L'étude montre ainsi deux « pics » de productivité : il y a environ 900.000 ans et 400.000 ans. En d'autres termes, le phytoplancton exercerait une boucle rétroactive avec les cycles orbitaux, en amplifiant les variations climatiques et le cycle du carbone.

D'autres facteurs sont susceptibles de jouer sur cette boucle rétroactive. Le retrait des glaciers et des islandis peuvent par exemple séparer des écosystèmes et créer plus de niches, ce qui accélère le taux de renouvellement du phytoplancton. « Un tel lien entre le changement orbital, le climat et l'évolution du phytoplancton pourrait constituer un rythme intrinsèque qui sous-tend le système terrestre », conclut Rosalind Rickaby, biologiste à l'université d'Oxford dans un éditorial accompagnant l’étude. Un excellent exemple du fameux effet papillon.