Les enregistrements géologiques du climat passé

Exercice 1 — Identifier et définir les proxies climatiques
Corrigé :
Q1 : Un proxy paléoclimatique est un indicateur indirect enregistré dans une archive naturelle, dont la valeur est corrélée à une variable climatique passée. Trois exemples :

• δ18O de la glace (archive : carottes de glace) → proxy de température lors des précipitations.
• Concentration en CO₂ des bulles (archive : carottes de glace) → proxy de la composition de l'atmosphère passée.
• δ18O des foraminifères (archive : sédiments marins) → proxy de la température et du volume des glaces polaires.

D'autres exemples acceptés : pollens (sédiments lacustres/tourbières), cernes d'arbres (dendrochronologie), spéléothèmes.
Q2 : Chaque proxy peut être influencé par des facteurs autres que la seule variable climatique visée (ex. : le δ18O des foraminifères dépend à la fois de T° et du volume des glaces). En croisant plusieurs proxies indépendants (méthode multi-proxy), on peut distinguer les différents signaux, corriger les biais et valider les résultats, augmentant ainsi la fiabilité de la reconstitution.

Exercice 2 — Interpréter un enregistrement isotopique de carotte de glace
Corrigé :
Q1 : Le δ18O passe de −35 ‰ (couches récentes) à −42 ‰ (couches profondes, donc plus anciennes). Un δ18O plus négatif indique une période plus froide. Mécanisme : lors des précipitations en région polaire, les molécules lourdes (H₂¹⁸O) se condensent et précipitent préférentiellement avant d'atteindre les pôles. Plus la température est basse, plus les masses d'air se refroidissent et s'appauvrissent en ¹⁸O sur leur trajet. La neige qui tombe en période froide est donc très appauvrie en ¹⁸O → δ18O très négatif. Conclusion : en allant vers la profondeur, on passe d'une période plus chaude à une période plus froide (probablement un passage de période interglaciaire à glaciaire).
Q2 : Oui, cohérent. Le CO₂ passe de ~275 ppm (interglaciaire) à ~185 ppm (glaciaire). Lors d'un refroidissement, la solubilité du CO₂ dans l'eau de mer augmente, l'océan en absorbe davantage, ce qui fait baisser la concentration atmosphérique. De plus, les rétroactions (CO₂, albédo) amplifient le refroidissement. Les deux proxies (δ18O et CO₂) évoluent de manière concordante et cohérente avec un passage glaciaire.

Exercice 3 — Les cycles de Milanković
Corrigé :
Q1 :

• Excentricité (~100 000 ans) : variation de la forme de l'orbite terrestre (quasi-circulaire à légèrement elliptique). Quand l'excentricité est forte, la différence d'insolation entre périhélie (plus proche du Soleil) et aphélie (plus éloigné) est plus marquée.
• Obliquité (~41 000 ans) : variation de l'inclinaison de l'axe de rotation entre 22,1° et 24,5°. Une obliquité forte amplifie les contrastes saisonniers (été plus chaud, hiver plus froid aux hautes latitudes).
• Précession (~23 000 ans) : rotation lente de l'axe terrestre (comme une toupie). Elle détermine la saison pendant laquelle la Terre est au périhélie, modifiant ainsi l'insolation estivale à chaque latitude.

Q2 : Les grandes masses de glace qui se forment lors des glaciations se trouvent aux hautes latitudes de l'hémisphère Nord (calottes Laurentide et Fennoscandie, ~60–70°N). Ce sont les étés insuffisamment chauds qui permettent à la neige de ne pas fondre et de s'accumuler. Si l'insolation estivale à ~65°N est faible (été froid), la neige reste, l'albédo augmente et une rétroaction positive enclenche la glaciation. La somme annuelle d'insolation globale varie peu ; c'est la répartition saisonnière et latitudinale qui est clé.

Exercice 4 — Rétroactions climatiques et amplification
Corrigé :
Q1 : Une rétroaction positive est un mécanisme qui amplifie la perturbation initiale (contrairement à une rétroaction négative qui la stabilise).
Rétroaction albédo–glace : Refroidissement initial → extension des surfaces enneigées et glacées → albédo accru (réflexion de davantage de rayonnement solaire) → moins d'énergie absorbée → refroidissement supplémentaire → amplification du signal initial.
Rétroaction CO₂ : Refroidissement → solubilité du CO₂ dans l'océan augmente → l'océan absorbe plus de CO₂ atmosphérique → concentration en CO₂ atmosphérique baisse → effet de serre réduit → refroidissement amplifié.
Q2 : Oui. Ces rétroactions fonctionnent en sens inverse lors d'un réchauffement : le réchauffement anthropique → fonte des glaces → réduction de l'albédo → plus d'énergie absorbée → réchauffement amplifié. De même, l'océan se réchauffe → libère du CO₂ → effet de serre accru → réchauffement amplifié.

Exercice 5 — Synthèse : comparer climatologie passée et actuelle
Corrigé :
Sur les 800 000 années couvertes par EPICA Dôme C, le CO₂ a oscillé entre ~180 ppm (périodes glaciaires) et ~280 ppm (périodes interglaciaires), sans jamais dépasser 300 ppm. La valeur actuelle (~420 ppm en 2024) est donc environ 50 % supérieure au maximum naturel de cette période. Cette valeur est sans précédent dans les 800 000 dernières années et est attribuable aux émissions anthropiques de combustibles fossiles (déforestation, industrie). De plus, la vitesse d'augmentation est sans précédent : quelques décennies, contre plusieurs milliers d'années pour les variations naturelles. Cela souligne le caractère exceptionnel et anthropique du changement climatique actuel, qui sort du cadre des variations naturelles documentées.