“paleoclimatique_t2” — 2013/10/24 — 11:38 — page 276 — #299
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Paléoclimatologie
Un modèle beaucoup plus robuste a été formulé par Imbrie et Imbrie en
1980 (voir Paillard, 2001 [22]) :
dV/dt = (−i − V )/τ
où, d’une certaine manière, le seuil i 0 a été remplacé par le volume de glace V .
Cette fois, l’insolation i est prise normalisée (en retranchant sa valeur moyenne
et en divisant par l’écart-type) et le volume de glace peut lui aussi être négatif.
Tout comme précédemment, le coefficient, ou constante de temps, τ prendra
deux valeurs différentes selon que la calotte fond (−i − V < 0) ou qu’elle grossit (−i − V > 0). Ce modèle reproduit assez bien l’évolution des cycles liés à la
précession et à l’obliquité, mais échoue largement à reproduire correctement
les cycles à 100 000 ans. En particulier, il produit un fort cycle à 400 000 ans,
bien présent dans l’excentricité, mais pas dans les données paléoclimatiques
associées au volume des calottes de glace, voir Figure 7.7. Ce modèle illustre
ainsi le « problème du stade 11 ». En effet, il y a environ 430 000 ans, l’excentricité était très faible et donc les variations du paramètre de précession
e sin étaient minimales. Ceci se traduit par très peu de variations dans
le modèle d’Imbrie. À l’inverse, les données paléoclimatiques démontrent que
cette période correspond à une transition majeure entre un stade glaciaire très
intense (le stade 12) et un interglaciaire également très marqué (le stade 11).
Comment de faibles variations d’insolation peuvent-elles entraîner les plus
grandes transitions ? Une solution naturelle est d’envisager les grands cycles à
100 000 ans, non pas comme une oscillation linéaire autour d’un point d’équilibre, dont l’amplitude sera inexorablement liée à l’amplitude du forçage, mais
plutôt comme une oscillation de relaxation entre deux modes climatiques différents, entre lesquels le système pourra basculer dès que certains seuils seront
franchis. C’est ce qui est proposé dans le modèle de Paillard (1998) [21] :
dV/dt = (V R − V )/τ R − F/τ F .
Cette fois, le volume de glace est « relaxé » vers des valeurs V R différentes :
on change de « mode climatique » R en fonction de certains dépassements de
seuils sur le forçage astronomique i et sur le volume de glace V . En particulier, un point essentiel issu de l’étude de ce modèle est que les déglaciations,
pour être prédites au bon endroit, doivent être liées aux maxima glaciaires :
le changement de régime glaciaire-interglaciaire doit être déclenché par un
dépassement de seuil concernant le volume des calottes. C’est d’ailleurs cette
relation qui permet au modèle de Calder de finalement « bien » fonctionner, car Calder prédit en fait correctement les maxima glaciaires plus que les
transitions. Autrement dit, pour des raisons physiques encore peu claires, les
déglaciations sont favorisées par l’occurrence d’un maximum glaciaire, ce qui
génère donc une oscillation de relaxation en renvoyant le système vers l’état
opposé.
Si le forçage astronomique est bien à l’origine des variations climatiques
du Quaternaire, la question des mécanismes climatiques mis en œuvre reste
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Paléoclimatologie
Un modèle beaucoup plus robuste a été formulé par Imbrie et Imbrie en
1980 (voir Paillard, 2001 [22]) :
dV/dt = (−i − V )/τ
où, d’une certaine manière, le seuil i 0 a été remplacé par le volume de glace V .
Cette fois, l’insolation i est prise normalisée (en retranchant sa valeur moyenne
et en divisant par l’écart-type) et le volume de glace peut lui aussi être négatif.
Tout comme précédemment, le coefficient, ou constante de temps, τ prendra
deux valeurs différentes selon que la calotte fond (−i − V < 0) ou qu’elle grossit (−i − V > 0). Ce modèle reproduit assez bien l’évolution des cycles liés à la
précession et à l’obliquité, mais échoue largement à reproduire correctement
les cycles à 100 000 ans. En particulier, il produit un fort cycle à 400 000 ans,
bien présent dans l’excentricité, mais pas dans les données paléoclimatiques
associées au volume des calottes de glace, voir Figure 7.7. Ce modèle illustre
ainsi le « problème du stade 11 ». En effet, il y a environ 430 000 ans, l’excentricité était très faible et donc les variations du paramètre de précession
e sin étaient minimales. Ceci se traduit par très peu de variations dans
le modèle d’Imbrie. À l’inverse, les données paléoclimatiques démontrent que
cette période correspond à une transition majeure entre un stade glaciaire très
intense (le stade 12) et un interglaciaire également très marqué (le stade 11).
Comment de faibles variations d’insolation peuvent-elles entraîner les plus
grandes transitions ? Une solution naturelle est d’envisager les grands cycles à
100 000 ans, non pas comme une oscillation linéaire autour d’un point d’équilibre, dont l’amplitude sera inexorablement liée à l’amplitude du forçage, mais
plutôt comme une oscillation de relaxation entre deux modes climatiques différents, entre lesquels le système pourra basculer dès que certains seuils seront
franchis. C’est ce qui est proposé dans le modèle de Paillard (1998) [21] :
dV/dt = (V R − V )/τ R − F/τ F .
Cette fois, le volume de glace est « relaxé » vers des valeurs V R différentes :
on change de « mode climatique » R en fonction de certains dépassements de
seuils sur le forçage astronomique i et sur le volume de glace V . En particulier, un point essentiel issu de l’étude de ce modèle est que les déglaciations,
pour être prédites au bon endroit, doivent être liées aux maxima glaciaires :
le changement de régime glaciaire-interglaciaire doit être déclenché par un
dépassement de seuil concernant le volume des calottes. C’est d’ailleurs cette
relation qui permet au modèle de Calder de finalement « bien » fonctionner, car Calder prédit en fait correctement les maxima glaciaires plus que les
transitions. Autrement dit, pour des raisons physiques encore peu claires, les
déglaciations sont favorisées par l’occurrence d’un maximum glaciaire, ce qui
génère donc une oscillation de relaxation en renvoyant le système vers l’état
opposé.
Si le forçage astronomique est bien à l’origine des variations climatiques
du Quaternaire, la question des mécanismes climatiques mis en œuvre reste