“paleoclimatique_t2” — 2013/10/24 — 11:38 — page 261 — #284
i
i
i
i
i
i
i
i
7. Climat et cycles astronomiques
261
aux États-Unis. Mais c’est le chimiste suédois Svante Arrhénius (1896) [2] qui
alla jusqu’à calculer l’effet du gaz carbonique sur le climat. À partir des données géologiques sur les positions des moraines en période glaciaire, il évalua
le refroidissement à 4 ou 5
◦ C, et calcula que cela pouvait s’expliquer par une
diminution d’environ 40 % de la concentration atmosphérique en CO 2 . C’est
également dans cet article qu’il envisagea un réchauffement climatique futur
lié aux émissions anthropiques de CO 2 (de l’ordre de 5
◦ C pour un doublement
de CO 2 , un chiffre étonnamment proche des estimations les plus récentes qui
sont de l’ordre de 3,5
◦ C).
Il est intéressant de constater que ces deux théories antagonistes des âges
glaciaires existent depuis le milieu du xix
e siècle et restent toujours valables. Il reste aujourd’hui encore à élucider comment celle-ci s’articulent et
se complètent.
7.2 Paramètres astronomiques et insolation
Avant d’aller plus loin, il est utile de passer en revue les différents paramètres astronomiques qui influencent l’énergie reçue au sommet de l’atmosphère par la Terre, énergie que l’on nommera par la suite « insolation ».
7.2.1 Excentricité
Selon la première loi de Kepler, l’orbite terrestre est une ellipse. Celle-ci
est caractérisée par un paramètre de taille, le demi grand axe, souvent noté a,
par un paramètre de forme ou d’aplatissement, l’excentricité, souvent notée e,
puis par trois paramètres qui définissent la position de cette ellipse dans l’espace, dont deux pour définir le plan orbital (l’inclinaison i par rapport à un
plan de référence, et la longitude du nœud ascendant Ω défini par l’intersection de ces deux plans), et un autre pour définir la position absolue du
périhélie (la longitude π). En fait, dès que le système est constitué de trois
corps matériels (le Soleil avec deux planètes) ou plus, le mouvement n’est plus
rigoureusement une ellipse, et il n’existe d’ailleurs pas de solution analytique
au problème de mécanique céleste à N corps, pour N > 2. Il convient alors
de faire des calculs perturbatifs ou des résolutions numériques approchées.
La notion d’orbite terrestre garde néanmoins tout son sens, car les perturbations sont du second ordre. Il est donc utile de raisonner en termes d’orbite
elliptique, qui se déforme et bouge au cours du temps.
Les perturbations induites par les autres planètes ne modifient pas le demi
grand axe de l’ellipse a, mais uniquement la trajectoire terrestre, c’est-à-dire
l’excentricité e et les paramètres d’orientation de l’ellipse (i, Ω, π). Donc a
sera une constante (en tout cas sur des centaines de millions d’années). Par
ailleurs, l’orientation de l’ellipse dans l’espace n’a a priori aucune conséquence
directe sur le rayonnement solaire reçu par la Terre. Le seul paramètre orbital
qui est susceptible de modifier l’insolation est donc l’excentricité e.
i
i
i
i
i
i
i
i
7. Climat et cycles astronomiques
261
aux États-Unis. Mais c’est le chimiste suédois Svante Arrhénius (1896) [2] qui
alla jusqu’à calculer l’effet du gaz carbonique sur le climat. À partir des données géologiques sur les positions des moraines en période glaciaire, il évalua
le refroidissement à 4 ou 5
◦ C, et calcula que cela pouvait s’expliquer par une
diminution d’environ 40 % de la concentration atmosphérique en CO 2 . C’est
également dans cet article qu’il envisagea un réchauffement climatique futur
lié aux émissions anthropiques de CO 2 (de l’ordre de 5
◦ C pour un doublement
de CO 2 , un chiffre étonnamment proche des estimations les plus récentes qui
sont de l’ordre de 3,5
◦ C).
Il est intéressant de constater que ces deux théories antagonistes des âges
glaciaires existent depuis le milieu du xix
e siècle et restent toujours valables. Il reste aujourd’hui encore à élucider comment celle-ci s’articulent et
se complètent.
7.2 Paramètres astronomiques et insolation
Avant d’aller plus loin, il est utile de passer en revue les différents paramètres astronomiques qui influencent l’énergie reçue au sommet de l’atmosphère par la Terre, énergie que l’on nommera par la suite « insolation ».
7.2.1 Excentricité
Selon la première loi de Kepler, l’orbite terrestre est une ellipse. Celle-ci
est caractérisée par un paramètre de taille, le demi grand axe, souvent noté a,
par un paramètre de forme ou d’aplatissement, l’excentricité, souvent notée e,
puis par trois paramètres qui définissent la position de cette ellipse dans l’espace, dont deux pour définir le plan orbital (l’inclinaison i par rapport à un
plan de référence, et la longitude du nœud ascendant Ω défini par l’intersection de ces deux plans), et un autre pour définir la position absolue du
périhélie (la longitude π). En fait, dès que le système est constitué de trois
corps matériels (le Soleil avec deux planètes) ou plus, le mouvement n’est plus
rigoureusement une ellipse, et il n’existe d’ailleurs pas de solution analytique
au problème de mécanique céleste à N corps, pour N > 2. Il convient alors
de faire des calculs perturbatifs ou des résolutions numériques approchées.
La notion d’orbite terrestre garde néanmoins tout son sens, car les perturbations sont du second ordre. Il est donc utile de raisonner en termes d’orbite
elliptique, qui se déforme et bouge au cours du temps.
Les perturbations induites par les autres planètes ne modifient pas le demi
grand axe de l’ellipse a, mais uniquement la trajectoire terrestre, c’est-à-dire
l’excentricité e et les paramètres d’orientation de l’ellipse (i, Ω, π). Donc a
sera une constante (en tout cas sur des centaines de millions d’années). Par
ailleurs, l’orientation de l’ellipse dans l’espace n’a a priori aucune conséquence
directe sur le rayonnement solaire reçu par la Terre. Le seul paramètre orbital
qui est susceptible de modifier l’insolation est donc l’excentricité e.