Les mouvements de la Terre à travers l’espace changent-ils notre climat?

           Un peu comme un enfant surexcité courant autour d’un feu, la Terre tourne à haute vitesse autour du Soleil. Très haute vitesse même puisqu’elle se déplace à 108 000 kilomètres par heure, parcourant chaque année plus d’un milliard de kilomètres. Mais comme la course d’un enfant autour d’un feu, son mouvement n’est pas tout à fait régulier, et son déplacement change au cours des millénaires (bon, c’est un très vieil enfant, d’accord?). Toutes ces variations changent la manière dont le Soleil éclaire la Terre, et donc notre climat. Mais à quel point sommes nous impactés par ces mouvements? Le dérèglement climatique que nous connaissons aujourd’hui pourrait-il être causé par ces mouvements ?

L’excentricité: une orbite qui ne tourne pas rond

          Pour commencer je me suis intéressé à l’orbite de la Terre, c’est à dire son trajet à travers l’espace. La Terre tourne autour du Soleil d’accord, mais comment? On pourrait penser qu’elle fait un cercle, mais ça n’est pas le cas. Son trajet décrit une ellipse, (un cercle qu’on aurait un peu écrasé) et la forme de cette ellipse change au cours du temps.

Elle s’approche de la forme d’un cercle puis s’aplatit avant de reprendre une forme proche de celle d’un cercle, dans des cycles longs de 100 000 et 400 000 ans (la vidéo juste à côté l’illustre bien). Autant dire que ce sont des variations qui prennent du temps. Beaucoup de temps. Et elles changent un peu la distance qu’il y a entre la Terre et le Soleil. [1] [2] [3] [4] [5]

Si un enfant qui court autour d’un feu s’en rapproche, il a plus chaud, s’il s’en éloigne, il aura plus froid. C’est la même chose pour la Terre. En changeant la distance entre la Terre et le Soleil, les variations de l’excentricité peuvent augmenter l’énergie reçue par la Terre de 0,2% max [5] , et donc augmenter la température moyenne de la Terre de quelques dixièmes de degrés en plusieurs dizaines de milliers d’années.[3]

Comment mesurer l’excentricité?

Pour mesurer la différence entre un cercle et une ellipse, on utilise l’excentricité: un cercle parfait a une excentricité de 0, une ellipse complètement plate a une excentricité de 1. L’excentricité du mouvement de la Terre varie entre presque 0 et 0,07. [3][4] Actuellement l’excentricité du mouvement de la Terre est d’environ 0,016. [5]
Si la trajectoire de la Terre se modifie comme ça, c’est à cause de l’influence gravitationnelle de la Lune et des autres planètes qui font partie du système solaire.  [5]

L’excentricité aux origines des périodes glaciaires ?

          Puisqu’on parle de climat, la durée de 100 000 ans vous a peut-être rappelé un autre phénomène: les périodes glaciaires. Ce sont de longues périodes pendant lesquelles la Terre a un climat bien plus froid qu’aujourd’hui. Elles arrivent à peu près tous les 100 000 ans, durent 90 000 ans et sont suivies d’une période inter-glaciaire d’à peu près 10 000 ans (où il fait plus chaud). Alors est-ce que c’est ce mouvement de la Terre qui cause les périodes glaciaires? Eh bien oui et non. Disons que les changements de l’orbite de la Terre changent un peu l’énergie qu’elle reçoit, déclenchant par effet de dominos (qu’on comprend encore mal) des phénomènes physiques et chimiques qui amènent à ces changements climatiques, comme le changement de la concentration en CO2 dans l’atmosphère [4].  Il ne faut toutefois pas imaginer un changement aussi rapide que celui que nous connaissons aujourd’hui. Ici on parle de gagner quelques degrés de température moyenne de la Terre après plusieurs millénaires. Pour fouiller un peu le sujet je vous conseille cette vidéo du Réveilleur: Transition entre périodes glaciaires et interglaciaires MaP#14.

L’obliquité: une planète un peu bancale 

          Bien sûr, en plus de tourner autour du Soleil, la Terre tourne sur elle-même, c’est ce qui fait le jour et la nuit. Toutefois elle ne tourne pas droite: elle est penchée. C’est d’ailleurs parce que la Terre est penchée qu’il y a des saisons. Mais penchée à quel point? Eh bien là aussi, ça varie, à cause de l’influence de la Lune. [5]

Penchée? Mais par rapport à quoi?

Quand on dit que la Terre est penchée, on parle de la manière dont son axe de rotation est incliné par rapport à sa trajectoire: on parle de l’obliquité de la Terre.

L’obliquité de la Terre (à quel point elle est penché donc) change au cours du temps, allant de 22° à 24,5° en l’espace de 41 000 ans [1][2][3]. Aujourd’hui l’obliquité de la Terre est de 23,36° [2][3][4].

          La manière dont la Terre est penchée par rapport à sa trajectoire ne
change pas la quantité d’énergie qu’elle reçoit en moyenne, mais elle
change la répartition de cette énergie, ce qui peut avoir beaucoup
d’influence sur les climats régionaux [5]. Comme l’obliquité est à l’origine des saisons, plus la Terre est penchée et plus les différences entre les saisons sont importantes [3].

 

La précession: notre planète tourne en tournant

          Le dernier mouvement est plus compliqué à expliquer, mais pas de panique ! Vous avez déjà observé une toupie qui tourne? Vous voyez la manière dont elle ne tourne pas selon un axe fixe mais plus en faisant une forme de cône? (Si non regardez la vidéo juste en dessous!) Eh bien ça, c’est la précession, et la Terre le fait aussi: c’est ce qu’on appelle la précession des équinoxes. Alors bien sûr elle le fait à son rythme: l’axe de rotation de la Terre fait un tour tous les 25 800 ans en moyenne, formant un cône [4].

Si on y ajoute l’influence des mouvements de l’orbite de la Terre, cela nous donne la précession climatique: un mouvement de la Terre qui, avec des cycles de 21 000 ans en moyenne, change la direction vers laquelle la Terre est penchée. Cela change les dates des saisons et la distance entre la Terre et le Soleil au moment de ces saisons. [5] Prenons un exemple. Un jour la Terre passe au point le plus proche du Soleil alors qu’elle est penchée de manière à exposer son hémisphère nord au Soleil. On obtient alors un été particulièrement chaud. Si la Terre était passée au point le plus proche du Soleil alors que l’hémisphère sud était plus exposé au Soleil, l’hémisphère nord aurait alors vécu un hiver plutôt doux.[6] Plus l’excentricité dont nous avons parlé plus haut est importante, plus les changements de la précession auront des effets importants [5]. 

Et le changement climatique dans tout ça?

Tous  les mouvements de la Terre dont nous avons parlé ont une influence sur la répartition de l’énergie que nous recevons du Soleil, soit dans le temps, soit dans l’espace. Alors il y en a peut-être qui se demandent si ça peut avoir quelque chose à voir avec le dérèglement climatique qu’on connaît aujourd’hui? Eh bien non ! Les modifications dont on parle ici sont bien trop lentes pour être à l’origine d’un changement aussi rapide de notre climat.

          Pour preuve comparons l’évolution des température à la fin de la dernière ère glaciaire et l’évolution des températures aujourd’hui. Au sortir de la dernière ère glaciaire, la température moyenne de la Terre a augmenté d’environ 3,5°C en environ 7000 ans. Durant les derniers siècles, La Terre a prit plus d’un degré de température moyenne en 150 ans, et ça accélère à grande vitesse depuis 50 ans.  Avec un calcul rapide, ça fait une augmentation des températures 13 fois plus rapide.

          Pour les personnes qui aiment les graphiques, voici l’évolution des températures à la fin de la dernière aire glaciaire (a)* et pendant les 150 dernières années (b).

graphique: évolution de la température à la sortie de la dernière ère glaciaire
Shakun, J., Clark, P., He, F. et al. Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation. Nature 484, 49–54 (2012) Figure 2
graphique: évolution de la température depuis 1850
AR6 GT1 figure RID.I Panneau b

*Sur le graphique (a),la courbe qui nous intéresse est la bleue, qui représente la température. L’échelle peut paraître un peu bizarre, mais c’est juste qu’on s’intéresse à la différence entre la température pendant la glaciation et la température au début de la période interglaciaire.

          Alors voilà. La Terre ne tourne pas rond, elle est un peu bancale. Ses mouvements dans l’espace changent, mais ils changent de manière cyclique et  sur des temps très long. S’ils impactent un peu notre climat, ça n’est clairement pas assez pour expliquer les dérèglements que nous connaissons aujourd’hui.

[1] Linking the Earth’s climate with the Sun, ESA, 2023

[2] Climat d’hier à demain, Sylvie Joussaume, 1994

[3] Dictionnaire du climat, Gérard Beltrando & Laure Chémery, Larousse, 331p., 1995

[4] Astronomical theory of climate change, André Berger, Marie–France Loutre, 2004

[5] Climate and the orbital parameters of the Earth, Didier Paillard, 2009

[6] Les théories astronomiques du climat, une longue histoire, André Berger & Qiuzhen Yin, 2021

 

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