Variation des paramètres orbitaux de la terre et impact climatique

Si la Terre n'était soumise qu'à l'attraction gravitationnelle exercée par le Soleil, son mouvement obéirait aux lois de Képler : il serait inchangé au cours du temps. Mais, la Lune et les planètes en interaction gravitationnelle avec la Terre perturbent ce mouvement : la révolution de la Terre autour du Soleil n'est pas parfaitement périodique. Les paramètres orbitaux et l'orientation de la Terre se voient modifiés.

La résolution formelle du système d'équations qui gouvernent ce mouvement est impossible mais la puissance des ordinateurs modernes permet de s'en approcher à condition de connaître la position et les vitesses de tous les corps à un instant donné (ce qui s'avère très difficile au delà de quelques millions d'années). Une erreur minime sur ces facteurs peut modifier sérieusement les résultats. On a pu cependant calculer avec précision les variations au cours du temps des paramètres orbitaux suivants :

• L'excentricité de l'orbite terrestre.
• L'obliquité de l'axe de rotation propre de la Terre.
• La longitude du périhélie.

L'objectif recherché ici est de présenter ces paramètres orbitaux et de montrer en quoi leurs variations au cours du temps engendrent des variations de l'ensoleillement (ou insolation) reçu à la surface de la Terre ;  ce qui peut entraîner des modifications du climat.

L'idée que les variations de l'énergie solaire reçue par la Terre pouvaient être responsables des glaciations est apparue très tôt après la découverte de leur existence par les géologues du 19^ème siècle (Louis Agassiz 1837). Ainsi, Joseph Adhémar avance dès 1842 l'idée que les climats glaciaires doivent apparaîtrent tous les 22 000 ans, en réponse au cycle de précession calculé par d'Alembert. Mais c'est surtout de 1911 à 1957 que Milutin Milankovitch élabore la théorie astronomique des paléoclimats : elle attribue la succession des âges glaciaires et interglaciaires aux variations des paramètres astronomiques de la Terre. A partir des variations des paramètres orbitaux de la Terre, il calcule les variations de l'insolation entre 55° et 65° Nord au cours des 600 000 dernières années. Celles ci font apparaître des variations significatives dont les minimums peuvent être associés aux périodes glaciaires reconnues par les géologues. Dans le milieu des années 70, l'astronome André Berger recalcule tous les éléments de l'orbite terrestre et reconstitue, mois par mois, les variations de l'insolation aux diverses latitudes pour les trois derniers millions d'années. Cette reconstitution fait apparaître des variations beaucoup plus importantes qu'on ne l'imaginait. L'analyse spectrale des courbes obtenues met en évidence l'existence de plusieurs périodicités proches de 100 000 ans, de 41 000 ans, 23 000 ans et 19 000 ans qui renvoient à celles observées pour les différents paramètres orbitaux de la Terre. Dès 1978 l'astronome André Berger reprend les calculs des paramètres astronomiques sur 1 million d'années. En 1993 puis en 2004, l'astronome Jacques Laskar recalcule les variations de l'insolation terrestre et des paramètres orbitaux de la Terre au cours des 25 millions d'années passées permettant ainsi une meilleure connaissance de l'histoire de la Terre et de son climat.

Pour voir les conférences (avec RealPlayer)

• Le climat des prochains millénaires d'André Berger
• La théorie astronomique des climats, habitabilité planétaire, de Jacques Laskar.

Dans le cadre du programme de la spécialité S.V.T de terminale S, nous allons étudier l'influence des paramètres orbitaux de la Terre au cours des derniers 800 000 ans.

• Dans un premier temps, étudions l'influence des paramètres orbitaux sur l'insolation de la Terre pendant 1 an à l'aide d'un modèle mathématique.
• Ensuite, étudions la variation des paramètres orbitaux au cours des 800 000 ans passés par analyse spectrale et évaluons leur impact climatique.

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