Les enregistrements géologiques du climat passé

Exercice 1 — Reconstituer les paléoclimats : archives, proxies et forçages
Corrigé — plan détaillé, connaissances attendues et critères :

Méthode : sujet de synthèse → introduction (définition de la paléoclimatologie et du proxy + problématique + annonce du plan), développement structuré, conclusion bilan. On relie archives, forçage et rétroactions, sans simple juxtaposition.

Introduction : définir la paléoclimatologie (étude des climats passés) et la notion de proxy (indicateur indirect calibré sur une variable climatique). Problématique : comment lire et expliquer l'histoire climatique du Quaternaire ?

I. Les archives et les proxies des paléoclimats
• Carottes de glace (EPICA, ~800 000 ans) : δ18O et δD de la glace = proxy de température ; bulles de gaz = mesure du CO₂/CH₄ anciens.
• Sédiments marins et foraminifères : δ18O des tests (température + volume des glaces) et assemblages d'espèces.
• Autres archives : pollens, spéléothèmes, cernes d'arbres, moraines, terrasses marines.
• Intérêt de la méthode multi-proxy : croiser des indicateurs indépendants pour fiabiliser la reconstitution.

II. Le forçage astronomique : les cycles de Milanković
• Trois paramètres orbitaux : excentricité (~100 000 ans), obliquité (~41 000 ans), précession (~23 000 ans).
• Ils modulent la quantité et la répartition de l'insolation, en particulier l'insolation estivale à ~65°N.
• Confirmation : ces périodicités se retrouvent dans le δ18O des sédiments marins (SPECMAP). Transition MPT (~1 Ma) vers des cycles de 100 000 ans.

III. Les rétroactions qui amplifient les signaux
• Le forçage orbital seul est insuffisant : des rétroactions positives amplifient le signal.
• Rétroaction albédo–glace (extension des glaces → albédo élevé → refroidissement accru).
• Rétroaction CO₂ (refroidissement → océan absorbe plus de CO₂ → effet de serre réduit).
• La covariation CO₂–température dans les carottes illustre ces rétroactions ; le CO₂ amplifie mais ne déclenche pas.

Conclusion : les proxies des archives géologiques permettent de reconstituer finement les climats passés ; les cycles de Milanković en fournissent le rythme, les rétroactions l'amplitude. Ouverture possible : ces mécanismes éclairent et contrastent avec le réchauffement anthropique actuel, beaucoup plus rapide.

Barème indicatif : introduction et problématique (1,5) ; archives et proxies (3) ; cycles de Milanković (2,5) ; rétroactions (2) ; cohérence/connecteurs (0,5) ; conclusion + schéma bilan (0,5).

Exercice 2 — Étude de documents : la déglaciation et le rôle amplificateur du CO₂
Corrigé — démarche scientifique, prélèvements et connaissances attendues :

Méthode : on prélève d'abord les données (document 1 : courbes et chronologie ; document 2 : mécanismes), on les met en relation avec le cours (forçage orbital, solubilité du CO₂, albédo, rétroaction), puis on construit une argumentation hiérarchisée.

Q1 (2 pts) — Description : entre −22 000 et −10 000 ans, l'anomalie de température passe d'environ −8 °C à 0 °C : fort réchauffement (sortie de glaciation). Le CO₂ passe de ~185 ppm à ~280 ppm : nette augmentation. Les deux grandeurs croissent de façon couplée vers les valeurs interglaciaires.

Q2 (3 pts) — Chronologie et déclencheur : la température commence à remonter dès ~−20 000 ans, alors que le CO₂ reste encore proche de son minimum et n'augmente nettement qu'ensuite. La température précède donc le CO₂. Le CO₂ ne peut pas être le déclencheur : la cause initiale est extérieure, à savoir le forçage orbital de Milanković (hausse de l'insolation estivale à hautes latitudes nord) indiqué au document 2.

Q3 (2 pts) — Mécanisme et type de rétroaction : d'après le document 2, le réchauffement des océans diminue la solubilité du CO₂ dissous ; l'océan, immense réservoir de carbone, en relâche vers l'atmosphère. Le CO₂ atmosphérique augmente, ce qui renforce l'effet de serre et accentue le réchauffement, libérant encore du CO₂ : c'est une rétroaction positive (le CO₂ et l'albédo, par la fonte des glaces qui abaisse l'albédo, jouent dans le même sens amplificateur).

Q4 (3 pts) — Argumentation :
• Forçage initial : le document 2 attribue le déclenchement à l'insolation estivale (Milanković), et le document 1 montre que la température précède le CO₂ : la cause première est astronomique, pas chimique.
• Relais par rétroactions positives : une fois le réchauffement amorcé, la baisse de solubilité libère du CO₂ (rétroaction CO₂) et la fonte des glaces abaisse l'albédo (rétroaction albédo), ce qui amplifie le réchauffement initial, trop faible pour expliquer seul l'ampleur de la déglaciation (~8 °C).
• Conclusion : le CO₂ doit être qualifié d'amplificateur car il varie après la température et renforce un réchauffement déjà amorcé par le forçage orbital ; il n'en est pas la cause première. Cet enchaînement forçage → rétroactions est la clé de l'amplitude des cycles glaciaires-interglaciaires, et il fonctionne en sens inverse lors d'un refroidissement.