PALÉOCLIMATOLOGIE

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La paléoclimatologie a pour but de reconstituer les conditions climatiques ayant régné à la surface de notre planète dans le passé et d'expliquer leur évolution. Elle relève donc au premier chef de la géologie pour la reconstitution des faits, mais pour leur compréhension et leur interprétation, elle fait appel à des disciplines aussi variées que la zoologie, la botanique, la biogéographie, la pédologie, la géochimie, l'analyse statistique et la météorologie dynamique.

Évolution de la température moyenne à la surface de la Terre depuis sa formation

Dessin : Évolution de la température moyenne à la surface de la Terre depuis sa formation

Ce diagramme met en évidence deux glaciations au Précambrien, deux autres au Primaire, un réchauffement progressif pendant le Secondaire, un lent refroidissement tout au long du Tertiaire qui s'achève au Quaternaire par quatre glaciations principales. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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C'est au xviiie siècle, lorsque des paléontologues tels que Buffon démontrèrent que des animaux de climat chaud, tels les éléphants ou les rhinocéros, vivaient autrefois en Europe et au Canada, que prit forme l'idée selon laquelle les conditions climatiques n'ont pas toujours été les mêmes. À la même époque, plusieurs naturalistes notaient la présence, dans le Jura et les Alpes, de blocs de pierre géants (les blocs erratiques), manifestement érodés et polis par les glaces. Ils conclurent à l'existence, dans un passé lointain, de gigantesques calottes glaciaires responsables de ces dépôts. Cette théorie se heurta alors au scepticisme quasi général de la communauté scientifique qui voyait dans ces blocs la marque du déluge décrit dans la Bible.

Les observations scientifiquement conduites par Johann de Charpentier de 1829 à 1841 et par Louis Agassiz de 1836 à 1840 apportèrent un faisceau de preuves de l'existence des glaciations. Cependant la théorie des âges glaciaires resta l'objet d'âpres controverses pendant une vingtaine d'années jusqu'à ce que l'observation des glaciers de montagne et l'expédition scientifique de 1852 au Groenland fournissent les bases de la géologie glaciaire.

Louis Agassiz

Photographie : Louis Agassiz

Le naturaliste suisse Louis Agassiz (1807-1873). En 1846, il émigre aux États-Unis et, en 1848, il est à Harvard où il crée un musée de zoologie comparée. 

Crédits : MPI/ Archive Photos/ Getty Images

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À partir de ce moment, l'étude des glaciations de notre planète fera l'objet d'abondants travaux. Dès 1863, le géologue écossais Archibald Geikie observait des couches sédimentaires contenant des fragments de plantes de climat tempéré intercalés au milieu d'argiles déposées en climat glaciaire. Il en conclut qu'il n'y avait pas eu un âge glaciaire unique, mais une succession de périodes glaciaires séparées par des périodes interglaciaires au climat similaire à celui d'aujourd'hui. Pendant tout le xxe siècle, les géologues vont donc chercher à reconstituer et à expliquer la succession des périodes glaciaires et interglaciaires, en étudiant d'abord les dépôts continentaux quaternaires puis les sédiments marins et les glaces polaires au fur et à mesure du développement des techniques de carottage et de forage.

Une autre voie de recherche paléoclimatique concerne les glaciations très anciennes de notre planète. En 1856, W. T. Blanford fit l'une des découvertes les plus lourdes de conséquences : celle de traces d'anciennes moraines du Permo-Carbonifère dans le centre de l'Inde. Ces roches, âgées de 250 millions d'années, sont situées tellement au-delà des grandes avancées de glace de la dernière période glaciaire qu'on ne peut que saluer le courage de Blanford à annoncer sa découverte, qui, pourtant, devait stimuler tout un courant de pensée et inspirer les théories modernes de l'expansion des fonds marins et de la dérive des continents. En effet, d'autres matériaux glaciaires du Permo-Carbonifère furent identifiés plus tard en Australie, en Afrique du Sud et en Amérique du Sud. Or une glaciation affectant plus que la totalité d'un hémisphère est climatologiquement impossible. Ce paradoxe excita, au début du siècle, l'intérêt du météorologue allemand Alfred Wegener. Sa théorie de la dérive des continents admettait une glaciation dans l'hémisphère Sud, mais limitée à un territoire plus restreint qu'aujourd'hui, et qui se serait morcelé à la fin du Permien. Passionnément repoussée au début, la théorie de Wegener a trouvé sa démonstration dans le cadre de la tectonique des plaques.

Depuis les années 1950, la paléoclimatologie a subi une véritable révolution qui a essentiellement trois causes : d'une part l'introduction des méthodes géochimiques pour reconstituer quantitativement certains paramètres physiques des paléoclimats (en particulier l'étude des variations du rapport 18O/16O dans les carbonates et les glaces polaires), d'autre part la mise au point de fonctions de transfert permettant d'estimer les paléotempératures à 1 ou 2 0C près à partir des flores et des faunes fossiles, enfin l'obtention d'une échelle de temps précise grâce au développement de la géochronologie moderne.

Les indicateurs paléoclimatiques

De même que l'étude des climats modernes repose sur l'analyse statistique d'observations directes et utilise les techniques instrumentales de la météorologie, la paléoclimatologie fait appel à l'analyse statistique d'événements inférés d'indicateurs climatiques. C'est ainsi que de la présence au Groenland de feuilles de palmiers fossiles on déduit que les conditions y furent jadis plus clémentes. Si l'on trouve des os de rennes dans une grotte du Périgord, on en conclura que cette région a connu un climat plus rigoureux qu'aujourd'hui. Tout le travail des paléoclimatologues va consister en un effort incessant pour affiner ces déductions qualitatives et même obtenir des estimations chiffrées de températures ou de toute autre caractéristique des climats anciens.

Géomorphologie et pédologie

Tout un ensemble d'observations simples peuvent conduire à une reconstitution des conditions climatiques passées : la localisation et la datation des moraines abandonnées par les glaciers permettent de reconstituer la surface qu'ils occupaient à un moment donné. Les glaciologues sont ensuite capables de calculer leur épaisseur à l'aide de modèles prenant en compte les contraintes imposées par l'écoulement de la glace. C'est ainsi que l'on a pu déterminer qu'il y avait plus de quatre kilomètres de glace au-dessus du Canada il y a dix-huit mille ans. De la même façon, une cartographie des dunes fossiles a permis de déterminer l'énorme extension des déserts à cette époque.

Les pédologues s'intéressent tout particulièrement aux paléoclimats, car nombre de processus d'évolution des sols, une fois enregistrés, ne sont jamais totalement effacés. On distingue trois types principaux de phénomènes pédologiques suivant la latitude ou l'altitude :

– l'action du froid (gélifraction et solifluction), qui augmente des latitudes moyennes vers les pôles, mais qui décroît dans les régions de gel permanent ;

– le lessivage (décomposition c [...]

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Évolution de la température moyenne à la surface de la Terre depuis sa formation

Évolution de la température moyenne à la surface de la Terre depuis sa formation
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Louis Agassiz

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  • : directeur de recherche au C.N.R.S., Centre des faibles radioactivités, Gif-sur-Yvette

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Pour citer l’article

Jean-Claude DUPLESSY, « PALÉOCLIMATOLOGIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/paleoclimatologie/