A) Indices permettants de reconstituer le climat

a) Indices permettants de reconstituer le climat.

<<Notre expérience quotidienne ne nous incite pas à concevoir que le climat puisse varier de façon importante. Certaines peuvent être exceptionnellement chaudes ou froides. Mais, de là à imaginer qu'autrefois le Sahara a connu un climat plus humide ou que la Scandinavie et le Canada étaient enfouis sous 2000 à 3000 mètres de glace, le pas est difficile à franchir. Et pourtant, l'étude des climats anciens apporte le témoignage de tels changements dans le passé. Le domaine de recherche consacré à ces phénomènes, la paléoclimatologie, nous permet de remonter le fil du temps et de dessiner les grands traits de l'évolution des climats.>> Climat d'hier à demain de Sylvie Joussaume

Plusieurs indices peuvent nous permettre de reconstituer les climats. Dans certaines régions polaires telles qu'en Antarctique (Vostok) ou encore au Groenland, des calottes polaires sont constituées par une accumulation de neige qui tombe et qui ne fond pas. Elle va se transformer en glace en raison de la température faible. Lors de ce processus la glace emprisonne avec elle de l'air sous forme de bulles et des poussières, ainsi sous forme de couches successives, se trouvent scellées des informations précieuses sur le climat. On peut aujourd'hui grâce à la technologie, forer la glace et retirer les carottes qui seront découpées, on déterminera ensuite leurs âges.

image d'un chercheur observant une carotte de glace

Les morceaux de carottes de glaces retrouvés peuvent maintenant nous aider à reconstituer la température, on procède à l'étude de la température en utilisant un thermomètre isotopique. Le thermomètre isotopique mesure la composition en deutérium (isotope de l'hydrogène) ou en oxygène 18 d'une masse d'air humide, il est donc possible de déterminer la température de condensation d'une masse d'air. C'est souvent au niveau des pôles que l'on applique les mesures, car c'est là où les particules ont le plus de chances de se condenser. L 'intérêt de ce thermomètre est qu'il nous permet de connaître les températures qu'il a fait il y a des milliers d'années. On étudie les variations des isotopes 16 (8 neutrons) et 18 (10 neutrons) de l'oxygène. On dit que deux atomes sont isotopes lorsqu'ils ont le même nombre de protons, mais un nombre de neutrons différents.

Nous allons étudier une observation au microscope polarisant d'une carotte glacière en provenance de Vostok (Antarctique).

image d'une observation d'une carotte de glace au miscroscope polarisant.

Nous pouvons voir grâce au document ci-dessus des bulles d'air emprisonnées dans les cristaux de glace (observation au microscope polarisant).

Les bulles d'air ont été piégées dans la glace lors de la transformation de la neige en glace. Nous pouvons constater que cette observation de cette carotte glacière contiennent de l'air de l'époque où s'est formée la glace. Plus la glace est ancienne, plus ces bulles sont elles-mêmes anciennes. Leur analyse permet de connaître l'évolution de la concentration des gaz atmosphériques

Graphe de Analyse de l'équipe de Saclay le long du forage de plus de 3km réalisé au dom c dans le cadre du projet européen EPICA.

Le graphe représente deux courbes de gaz (co2 et ch4) et une courbe de la température. Ces mesures nous indiquent la température de la terre il y a des milliers d'années. Ce graphe nous montre que les courbes du dioxyde de carbone et du méthane sont quasiment identiques. Leurs quantités sont calculées grâce au thermomètre isotopique exprimé en ppm (parties par million en volume) pour le CO2, et en ppbv(parties par milliards en volume)pour le méthane.

Le forage a permis d'étendre les enregistrements de Vostok aux quatre derniers cycles climatiques, c'est maintenant sur plus de 800.000 ans que sont disponibles des enregistrements des variations Climatiques.

Le pollen pour reconstituer le climat

Tout repose sur le principe d'actualisme : on considère que les végétaux passés avaient les mêmes exigences écologiques et climatiques que leurs représentants actuels. Cela sous-entend, bien sûr, de travailler sur des espèces vivantes encore actuellement, ou alors d'avoir déterminé (par d'autres moyens) les conditions de vie d'espèces fossiles n'existants plus maintenant.

Dans l'étude du pollen (gamète mâle chez les végétaux), il faut dans un premier temps l'extraire pour ensuite l'identifier. Les pollens sont bien conservés pendant des milliers d'années dans les sédiments qui s'accumulent dans les tourbières, car ces derniers possèdent une enveloppe extérieure (l'exine) qui résiste à la plupart des dégradations chimiques et biologiques. C'est cette enveloppe qui permet au pollen d'être dispersé dans l'environnement sans être abîmé. L'observation de l'exine du pollen extrait permet L'identification de l'espèce émettrice, car la taille, la forme, l'ornementation de cette paroi (l'exine) différent d'une espèce à l'autre.

On utilise des espèces caractéristiques de milieux bien déterminés. Ainsi, dans l'étude qui nous concerne :

Modélisation biome :

La végétation et le climat étant intimement liés, on dispose ainsi d'indications sur les climats passés. Il faut donc après identification du pollen retiré da sa couche sédimentaire, faire une étude statistique de la fréquence de chaque type pollinique. On obtient grâce à cela un spectre pollinique qui permet de reconstituer l'association végétale présente à cette époque et donc indicatrice d'un climat particulier.

Le spectre pollinique est la représentation sous forme d'un diagramme circulaire, des proportions   (en %) des grains de pollens des différentes espèces présentes dans un niveau donné, donc à un moment donné.

Exemple de spectre pollinique :

Représentation des pollens dont la population est supérieure ou égale à 2% sous forme de diagrame circulaire

Représentation des pollens dont la population est supérieure ou égale à 2% sous forme de baton.

Nous avons ci-dessus 2 représentations d'un même spectre pollinique obtenu à l'aide du logiciel Paleobiome (site de Navarre 3000 BP)

Les deux spectres que nous avons ont été construits 3000ans Before Present (BP) : seuls les pollens représentés à plus de 2% ont été pris en compte. Les spectres donnent une image pratiquement instantanée de la végétation à cette époque.

De plus, la superposition dans les sédiments de spectres polliniques qui différent au cours du temps permet de construire, pour une région donnée, un digramme pollinique. Un diagramme pollinique et l'ensemble des spectres polliniques pour un site carotté. Il reflète l'évolution de la végétation (biomes) au cours du temps en relation avec les variations climatiques. Associés à des méthodes de datations, les pollens permettent de retrouver les grandes variations climatiques récentes : sortie de la dernière période glaciaire, optimum climatique de l'Holocène, petit âge glaciaire.