Changements climatiques : « on a toujours connu ça »
Ah oui ? Vraiment ? Qui ça « on » ? Voyons voir.
Voyons voir d’abord à l’échelle de notre Histoire, depuis environ l’an 1 de notre ère jusqu’à aujourd’hui.
Dans un prochain article nous remonterons plus loin dans le temps : antiquité, néolithique, apparition de l’espèce humaine… Et … avant l’espèce humaine ? « On », nous donc, n’étions pas là pour « connaître » les changements climatiques. Néanmoins, nous remonterons le temps, dans un autre article, jusqu’à plusieurs millions d’années.
Quelle que soit la concentration en CO2 de l’atmosphère, il y a bien une « variabilité » climatique qui s’exprime au cours du temps.
Oui, « on a toujours connu ça ». Du moins, au cours des deux petits millénaires de notre histoire.
Optimum climatique romain
L’Optimum climatique romain eu lieu, selon une fourchette large, vers 250 anc. à 400 pnc. soit grosso-modo sur 3 siècles et demi. En ce temps-là, l’Europe connaît une période de climat « inhabituellement » chaud et humide. On a quelques indications sur cette période grâce aux auteurs grecs et latins. Le tout est corroboré par les études classiques des pollens, des sédiments marins, des glaciers, de la dendrochronologie etc.
Il s’avère que cette période a été la plus productive des 4 millénaires précédents. Avec à la clef, une croissance de la production agricole et donc, une croissance démographique.
Cette période correspond à l’apogée de Rome qui s’est imposée en Méditerranée, en Europe, en Afrique du Nord et au Proche-Orient.
Optimum climatique médiéval
L’Optimum climatique médiéval, parfois appelé Petit optimum médiéval (POM) ou Réchauffement climatique de l’an mil, est une période de climat inhabituellement « chaud », localisé sur les régions de l’Atlantique nord et ayant duré du Xe au XIIIe siècle, approximativement, de 900 à 1250 pnc. D’aucuns, comme l’historien Emmanuel Le Roy Ladurie, limitent la durée de cette période au XIIIe siècle. Cet historien signale que pour ce XIIIe siècle, en Europe occidentale, il y eut une série d’étés secs, vraisemblablement chauds, dans l’ensemble plutôt favorables à l’agriculture.
Mais, attention, cette période, connaît aussi des années très pluvieuses. Ainsi la phase humide de 1031-1033 est depuis longtemps connue par la chronique du moine de Cluny Raoul Glaber (« des pluies continuelles avaient imbibé la terre entière au point que, pendant trois ans, on ne put creuser des sillons capables de recevoir la semence »). On sait que ces pluies ont causé des récoltes catastrophiques suivies d’une grave famine en Europe. De même, il y eut des hivers très rudes, par exemple celui de 1076-1077, qui voit geler une bonne partie des fleuves d’Europe. D’après les annales de l’abbaye de Fulda, le Rhin reste ainsi gelé du 17 novembre 1076 au 2 avril 1077.
Les saisons, bonnes ou mauvaises, de ces années-là, sont documentées par les dates des vendanges et des moissons, la dendrologie, le recul ou l’avancée des glaciers alpins etc. La période se caractérise en Europe en moyenne par la réduction du nombre d’étés humides et froids et la réduction d’hivers rigoureux. Les bonnes récoltes bénéficient aux populations et ces années sont associées à une certaine stabilité politique. On parle de « la plus grande expansion agricole qui se soit produite depuis le Néolithique ».
« Le niveau des températures durant l’Optimum climatique médiéval était sensiblement plus élevé que celui du Petit âge glaciaire qui lui a succédé, il était plus précisément équivalent à celui des années 1990 mais n’aurait pas atteint « globalement » le niveau des températures du début du XXIe siècle » (Wikipédia).
« Les carottages glaciaires ont permis de montrer que le Groenland connaît entre 800 et 1300 des températures relativement douces, sans doute du même ordre que celles d’aujourd’hui. Cette conjoncture favorable a sans doute permis aux Scandinaves venus d’Islande et de Norvège de s’installer sur la grande île. Elle a aussi favorisé l’expansion de l’agriculture européenne, notamment de la viticulture et de la céréaliculture, et contribué à la croissance démographique et économique du Moyen Âge central. Le xiiie siècle est qualifié d’estival par Emmanuel Le Roy Ladurie qui se réfère ici aux données textuelles : la période se caractérise dans l’ensemble par des étés chauds et secs. »
La fin du « POM » est identifiée : il s’agit des hivers très rudes et des étés humides des premières années du xive siècle.
XIIIe siècle
Au milieu du XIIIe siècle, plusieurs périodes plus froides ont affecté l’hémisphère Nord.
Elles sont associées à de grandes éruptions volcaniques : en 1227 le Zao au Japon et celle du Reykjanes puis en 1231. Deux autres éruptions ont été identifiées mais non localisées, en 1241 et 1269.
Il apparaît, par exemple, que l’été 1269 compte parmi les plus froids qu’a connu l’hémisphère Nord.
Associée à un grand minimum solaire, à partir d’environ 1260 et pendant 80 ans jusqu’au milieu du XIV siècle, et à quelques nouvelles éruptions en 1269, 1276 et 1286, avec, en plus, un affaiblissement de El Niño et de l’oscillation de l’Atlantique Nord, la 2e moitié du XIIIe siècle et le début du XIV connaît de mauvaises récoltes, famines, maladies.
A la fin du XIIIe siècle, des hivers très froids et pluvieux se multiplient. Cette dégradation introduit le « Petit âge glaciaire » qui va s’installer jusqu’au milieux du XIXe siècle.
Petit âge glaciaire
Alors, ce fameux Petit âge glaciaire (PAG) ? Toute une histoire. Si souhaité, nous pourrons détailler. Mais ici, juste un résumé…
Le Petit âge glaciaire[ est une période climatique froide, particulièrement intense dans l’Atlantique Nord, qui a eu lieu approximativement de 1550 à 1800 ou, plus largement, entre le début du XIVe siècle et la fin du XIXe siècle.
Le terme de « Petit Âge Glaciaire » est proposé en 1939 par le géologue François Émile Mathes (1874 – 1948). Il s’agit d’une période très bien documentée. D’une façon générale, en Europe, le PAG est caractérisé par des hivers froids et rudes sur toute la période, avec leurs lots d’inondations, famines et épidémies. Néanmoins, la période connaît aussi de belles années aux étés chauds et ensoleillés.
Le xive siècle connaît un refroidissement marqué que les climatologues considèrent comme la première grande offensive du PAG. Le mauvais temps provoque des famines récurrentes, comme celle de 1315-1317 qui frappe toute l’Europe du Nord-Ouest.
Le xve siècle est plus contrasté, avec un réchauffement dans les années 1415-1435, suivi d’un refroidissement. L’année 1481 connaît une famine causée par un hiver et un printemps froid auxquels succède un été hyper pluvieux.
Le siècle suivant, est dit le « Beau xvie siècle », selon le mot d’Emmanuel Le Roy Ladurie : plusieurs décennies relativement douces, avec des étés chauds, voire très chauds et secs, comme en 1540 et en 1556, marqués notamment par des vendanges précoces. Néanmoins, le PAG revient en force lors de la décennie 1590 qui est la plus froide du xvie siècle avec des vendanges particulièrement tardives (jusque dans la 2e semaine d’octobre) – Voir dans un autre article comment on peut reconstituer « le temps qu’il a fait » au cours des siècles.
Au xviie siècle, les froidures sont extrêmes. « En 1644, l’évêque d’Annecy François de Sales vient en personne conduire des processions pour tenter d’enrayer le phénomène ».
Le règne de Louis XIV (1643-1715) est marqué par plusieurs épisodes d’étés particulièrement humides, entrainant des récoltes désastreuses (notamment en 1661 et 1675), et d’hivers exceptionnels comme en 1683-1684 et bien sûr 1708-1709, qualifié de « grand hiver ».
Le xviiie siècle est marqué par une forte instabilité : entre phases de réchauffement, entre 1720 et 1730, puis dans les années 1785-1790, et phases de refroidissement entre 1740 et 1750, (« le grand hiver » de 1740), et entre 1766 et 1775. Ces années sont associées à de mauvaises récoltes et à des famines. En 1783-1784, l’hiver sera très rude.
L’Europe, à la fin du xviiie et début du xixe siècle, vit une longue période de mauvais temps. En 1794, pluies au printemps, brouillards et grêles sont suivis de moissons désastreuses. Après un début de siècle avec des années très humides, 1816 est marqué par un hiver rude.
L’Europe connaît un nouvel épisode froid et humide en 1827-1831, avec un « grand hiver » en 1829-1830, amenant de mauvaises récoltes.
En Irlande, la famine causée par la maladie de la pomme de terre trouverait une partie de son origine dans un été 1845 exceptionnellement frais et humide, tout comme sur le continent, avec à la clef encore une grande famine. L’année suivante c’est, au contraire, un été exceptionnellement chaud (canicule aussi longue qu’en 2003) qui provoque les mauvaises récoltes de 1846. La décennie 1850, marquée par des printemps et des étés frais et humides est, quant à elle, la dernière du PAG. À partir de 1859-1860, les glaciers alpins commencent lentement leur décrue en raison d’hivers plus doux, d’un déficit d’enneigement et de plusieurs étés vraiment chauds en 1865, 1868, 1870 et 1874. Cependant, à l’échelle mondiale, les décennies 1860-1910 sont davantage marquées par des fluctuations climatiques que par un net réchauffement
Comment s’explique cette variabilité ?
Quatre facteurs entrent en jeu qui affectent le climat, à plus ou moins long terme ou temporairement :
- L’activité solaire ;
- Les cycles astronomiques ;
- Les éruptions volcaniques ;
- Les oscillations océaniques.
Activité solaire
Le soleil est une étoile « vivante » : son activité magnétique, visibles par les taches solaires et les aurores boréales, est cyclique : sur environ 11 ans, avec des périodes plus actives dites de grand maxima, et des périodes plus calmes, dites de grand minima solaire.
Ainsi par exemple, les astronomes ont mis le Petit Age Glaciaire (PAG) en relation avec plusieurs minima de l’activité solaire. Le minimum dit « de Maunder », s’est produit entre 1645 et 1715 environ. De même, la fin du xviiie et le début du xixe siècle correspondent à une baisse de l’activité solaire.
Cycles astronomiques
Plusieurs cycles caractérisent le parcours de la Terre sur son orbite. Ces variations cycliques impliquent une variation des quantités de chaleur reçues sur Terre engendrant une variation du climat. On parle des cycles de Milankovitch
Plusieurs cycles s’imbriquent. Il y a la forme de l’orbite terrestre, qui passe d’une forme quasiment circulaire à une belle ellipse, et inversement : c’est la périodicité relative à la variation de l’excentricité de l’orbite terrestre. Le cycle principal a une période d’environ 400 000 ans et les cycles secondaires sont de l’ordre de 100 000 ans.
L’inclinaison de l’axe de rotation par rapport à la verticale, passe de 22 ° à 24 °, sur 41 000 ans environ: c’est l’oscillation de l’obliquité de l’axe de rotation de la Terre.
Enfin, il y a la « précession des équinoxes » : c’est la variation de l’orientation de l’axe de rotation de la Terre. Il en découle une évolution du point de passage de la Terre sur son orbite au plus proche du Soleil (la périhélie), tous les 23 000 à 26 000 ans.
L’excentricité est l’un des facteurs les plus importants dans les changements climatiques naturels puisque, lorsqu’elle est maximale, la Terre au périhélie peut recevoir du Soleil jusqu’à 26 % d’énergie de plus qu’à l’aphélie.
L’obliquité influence les saisons. En effet, si la Terre est dans une période de forte inclinaison par rapport au Soleil, alors les saisons seront très marquées (différences importantes entre été et hiver) et à l’inverse une faible inclinaison homogénéise les saisons (peu de différences entre l’été et l’hiver). Ceci se marque d’autant plus que l’on s’éloigne de l’Equateur.
La précession a comme conséquence de rendre périodiquement les saisons plus marquées. Quand la Terre sur son orbite arrive au point de périhélie, (au plus proche du Soleil), et que celui-ci coïncide avec un solstice, on a :
- dans l’hémisphère où c’est l’été au périhélie, l’été sera plus chaud ;
- dans l’autre hémisphère où c’est l’hiver au périhélie, l’hiver sera plus doux.
Six mois plus tard, au passage à l’aphélie (le point le plus éloigné du Soleil), l’hiver sera plus froid dans le premier hémisphère et l’été plus frais dans l’autre. Ainsi, les saisons sont alternativement accentuées dans un hémisphère et atténuées dans l’autre.
Milankovitch a démontré que durant l’ère glaciaire que nous connaissons actuellement, pour que se produisent des étés très froids susceptibles de déclencher une glaciation dans l’hémisphère Nord, trois conditions sont requises avec la plus grande simultanéité possible :
- l’été boréal coïncide avec le passage de la Terre à l’aphélie ;
- l’excentricité de l’orbite terrestre est la plus grande ;
- l’inclinaison (ou obliquité) de l’axe de rotation de la Terre est la plus petite.
Ces principaux cycles provoquent l’alternance naturelle entre périodes glaciaires (ère glacée) et interglaciaires (périodes chaudes). C’est pourquoi une glaciation se déclenche approximativement tous les 100 000 ans, comme le confirme d’ailleurs l’analyse des forages glaciaires pour les 800 000 dernières années.
L’activité volcanique
Les éruptions volcaniques majeures expulsent dans l’atmosphère d’immenses quantités de gaz, d’aérosols, de particules, et de cendres. Ces matières affectent le bilan radiatif de la planète et donc le climat de la Terre.
Les gaz volcaniques acides, majoritairement du SO2 gazeux mais aussi des composés halogénés (HCl, HF, HBr), modifient également la chimie de la stratosphère en affectant en particulier le cycle de l’ozone. Ce sont les fines particules de sulfates, issues de la transformation du SO2 gazeux injecté, qui ont un effet radiatif dominant. Ces composés réfléchissent une partie du rayonnement solaire, avec à la clef, un refroidissement net des températures à la surface de la Terre qui peut persister pendant des mois à plusieurs années après l’éruption.
L’impact climatique des éruptions dépend donc de leur magnitude (masse de gaz et poussières émises, hauteur d’injection) mais aussi de la dispersion du nuage d’aérosols volcaniques, variable selon la position géographique du volcan et l’époque de l’année (saison) à laquelle l’éruption intervient. Ainsi, à magnitude égale, les éruptions tropicales ont un effet climatique plus global que les éruptions des hautes latitudes, car dans la stratosphère leurs aérosols sont transportés vers les hautes latitudes par la circulation des masses d’air (circulation Brewer-Dobson (1)).
Deux méga-éruptions volcaniques, les plus grandes du dernier millénaire, ont été enregistrées : celle du Samalas, en 1257, et de Tambora, en 1815, toutes deux survenues en Indonésie. En Europe, l’année 1816 voit les températures moyenne baisser de 0,5 degrés par rapport aux relevés du quart de siècle précédent, dans un contexte déjà frais. Les vendanges sont les plus tardives jamais enregistrées (fin octobre).
Prenant en compte la localisation des volcans, la saison de l’éruption et la hauteur d’injection du dioxyde de soufre et autres particules projetées dans l’atmosphère, on peut calculer le refroidissement engendré par ces éruptions. Les modèles climatiques utilisés intègrent aussi le cycle de vie des aérosols volcaniques depuis leur formation, suite à l’oxydation du dioxyde de soufre, jusqu’à leur sédimentation et élimination de l’atmosphère.
Il en ressort que les éruptions de Samalas et de Tambora ont provoqué, à l’échelle de l’hémisphère Nord, un refroidissement moyen oscillant entre 0,8 et 1,3 °C pendant les étés de 1258 et 1816. La persistance moyenne de ce refroidissement est évaluée à deux ou trois ans.
L’éruption cataclysmale du Tambora en avril 1815 a d’ailleurs été suivie d’une année « sans été » en 1816 du fait du nombre exceptionnel de jours couverts ou pluvieux enregistrés entre juin et août 1816.
Le « grand hiver » 1708-1709 peut lui aussi être lié à des éruptions volcaniques l’année précédente (Vésuve, Santorin et Fuji-Yama). On relève aussi l’éruption du Laki en Islande, en 1783.
En 1991, le Pinatubo aux Philippines a projeté dans l’atmosphère de 15 à 20 mégatonnes de dioxyde de soufre, lequel s’est oxydé produisant dans la stratosphère des particules de sulfates. Ces particules ont contribué à augmenter l’opacité de l’atmosphère, avec une réduction de 21 % de la lumière directe du soleil, une diminution de l’insolation qui a entraîné un refroidissement moyen de la température mondiale de plus d’un demi-degré centigrade.
Le volcanisme modifie aussi les températures de l’océan. Des mesures au XIX, XXe siècles et actuellement ainsi que des modèles récents montrent l’impact des éruptions sur le contenu en chaleur de l’océan global, mais les dynamiques en cours sont encore peu connues. D’une manière générale, « les relations quantitatives entre forçage volcanique et dynamique du climat (par exemple, comment elles affectent le phénomène ENSO) sont complexes et encore mal comprises ».
On sait seulement que le temps d’impact des perturbations atmosphériques dues aux grandes éruptions volcaniques est de l’ordre de quelques années, alors que le temps de retour le temps de retour de l’océan profond à un état non perturbé serait de l’ordre de plusieurs décennies voire un siècle. Ceci signifie que les effets des éruptions volcaniques majeures du XXe siècle sont susceptibles d’avoir atténué le réchauffement global actuel, et plus particulièrement au cours de la deuxième moitié du XXe siècle. Ces effets doivent donc être pris en compte dans les simulations globales de l’évolution future du climat.
Les oscillations océaniques
Les oscillations océaniques sont des variations cycliques naturelles de la température de l’eau, de la pression et des courants qui influencent le climat mondial pour quelques mois ou plusieurs années.
La circulation océanique globale agit comme un climatiseur pour la planète. Les grandes masses d’eau de l’océan, en mouvement, se refroidissent et se réchauffent au cours de leur voyage sur le globe. La circulation océanique joue également un rôle dans le stockage du CO2 capté et dissous dans l’océan.
Il existe plusieurs oscillations. Relevons-en deux :
- L’oscillation australe et El Niño / La Niña (ENSO) ;
- L’oscillation nord-atlantique (ONA ou NAO).
L’oscillation australe et El Niño (ENSO)
Ce cycle est une alternance, sur quelques années, d’évènements chauds (El Niño) et froids (La Niña) des eaux de l’Est du Pacifique équatorial. Il perturbe la météo sur toute la planète. Il affecte les quantités des précipitations en Amérique du Sud et les conditions météorologiques en Asie du Sud, en Afrique de l’Est et en Australie, et, indirectement, les autres climats régionaux. La période de l’oscillation varie entre deux et huit ans[].
Ce cycle est tellement important aujourd’hui, que nous y consacrons un article entier (voir : « El Niño 2026 : un monstre ? ».
L’oscillation Nord-Atlantique (NAO)
Ce cycle concerne le système climatique du nord de l’océan Atlantique.
Ce cycle caractérise essentiellement l’évolution de la différence de pression atmosphérique entre l’anticyclone des Açores et la dépression d’Islande. Il est corrélé à l’évolution des températures de surface du Nord du Pacifique sur des périodes de vingt à trente ans. Il est aussi notamment corrélé à l’oscillation arctique.
L’ONA est un facteur climatique déterminant car elle est reliée à la position et à la trajectoire des perturbations météorologiques qui touchent l’Europe de l’Ouest ainsi qu’aux températures océaniques du bassin de l’Atlantique nord].
La circulation atmosphérique au-dessus de l’Atlantique nord montre une alternance rapide de dépressions et d’anticyclones, conformément aux instabilités de la zone barocline des latitudes moyennes. On retrouve généralement des dépressions dans la région islandaise et un anticyclone autour des Açores. Ces systèmes atmosphériques semi-permanents sont causés par l’équilibre général de la circulation atmosphérique à ces latitudes (courant-jet moyen d’ouest) et sont en équilibre avec la circulation assez stable des courants marins dans l’océan (Dérive nord atlantique, Courant du Labrador et Gulf Stream).
L’indice de l’oscillation nord-atlantique est donc calculé chaque année à partir de la différence de pression entre l’Islande et les Açores.
On parle d’oscillation parce qu’il y a, dans la direction nord-sud, un va-et-vient des masses d’air au-dessus des régions arctiques et islandaises vers la ceinture subtropicale au niveau des Açores et de la péninsule ibérique, et vice-versa.
Les variations de l’indice peuvent être grandes d’une année à l’autre mais on observe clairement des périodes de plusieurs années où l’indice moyen est plutôt positif (1980-1998), et d’autres où il est plutôt négatif (1955-1974).
Lien avec les changements climatiques d’aujourd’hui
Contrairement au dérèglement climatique que nous connaissons aujourd’hui, les épisodes cités ci-dessus, ces périodes préindustrielles, plus chaudes ou plus froides, telles que l’« optimum climatique médiéval », ou le « petit âge glaciaire » étaient des phénomènes régionaux (Atlantique Nord, Europe…), et non des épisodes planétaires. Or le dérèglement climatique d’aujourd’hui est bel et bien planétaire.
La variabilité climatique de ces épisodes historiques s’explique par les facteurs esquissés ci-dessus. Les liens sont apparents, de découvertes en découvertes, de la part des historiens, vulcanologues, climatologues etc. Or, les changements climatiques que nous connaissons actuellement sont, presque entièrement, dus à l’action de l’humain sur l’environnement.
Pendant 800.000 ans, jusqu’au début de la révolution industrielle, il y avait 280 ppm de CO2 dans l’air (Cette teneur a oscillé entre 180 et 300 ppmv – Ppmv : parties par million de volume.). En 1950, cette concentration était de 311 ppmv.
En 2018, il y en avait plus de 408 ppm, une concentration qui n’avait jamais existé depuis le Pliocène, il y a plus de 3 millions d’année. A cette époque, le niveau de la mer était plus élevé de 25 m par rapport à aujourd’hui, et les températures moyennes étaient de 2 à 3 °C plus élevées qu’aujourd’hui.
En 2022, la concentration était de 415 à 421 ppm. La température moyenne de la surface terrestre a déjà augmenté de plus de 0,8 °C depuis 1880.
Enfin, ce dérèglement climatique se produit à une vitesse incroyable : moins de 200 ans, avec une accélération depuis l’après-guerre de 1940-1945. Dans l’histoire de la Terre (4,5 milliards d’année), c’est juste le temps d’un éclair. Cette vitesse à laquelle se produit le dérèglement climatique d’aujourd’hui est inédit dans l’histoire de la Terre.
Sources & références
Les ouvrages, auteurs et ressources mobilisés ou mentionnés dans cet article.
