Des chercheurs français, russes et américains ont mesuré la température, la concentration en aérosols, en gaz à effet de serre et différents paramètres du climat et de l’environnement de la Terre sur les quatre derniers cycles climatiques. Les résultats confirment l'idée selon laquelle les variations du climat sont initiées par les changements orbitaux de la Terre et largement amplifiées par les gaz à effet de serre. Les fortes concentrations des gaz à effet de serre, jamais observées lors des derniers 420 000 ans, mettent en relief le rôle que pourraient jouer ces gaz dans le réchauffement climatique possible de la planète. L’étude est présentée aujourd’hui dans la revue spécialisée Nature par dix-neuf chercheurs des trois nations participantes, dont treize glaciologues et climatologues des laboratoires du CNRS de Grenoble et de l’unité mixte CEA-CNRS de Saclay (1).

Les 3623 mètres de carotte de glace forés à la station russe de Vostok, en Antarctique, sont le résultat d’une collaboration de plus de dix ans entre la Russie, la France et les Etats-Unis (2). Le site de Vostok est considéré comme le plus inhospitalier de la Terre avec ses 3500 mètres d’altitude pour une température moyenne annuelle de moins 55°C. 
Les analyses de cette carotte glaciaire donnent accès à un enregistrement de l’atmosphère continu sur les quatre derniers cycles climatiques. Pour la première fois sur une aussi longue période, les chercheurs ont dessiné les enregistrements simultanés de la température, de la composition de l’atmosphère en gaz carbonique (CO2), en méthane (CH4) et en oxygène, des flux de poussières issues des déserts et des flux d’aérosols émis par les embruns marins. 
Les paramètres du climat et de l'environnement montrent quatre cycles majeurs marqués par des périodicités de 100 000, 40 000 ans et 20 000 ans. Pendant ces quatre cycles, les caractéristiques de l’atmosphère ont varié entre des limites relativement stables, avec une amplitude de la variation de la température en Antarctique d’environ 12°C au niveau du sol et une amplitude de 8°C à la hauteur de la troposphère. Entre périodes froides et chaudes, les concentrations de l’atmosphère globale en gaz à effet de serre oscillaient entre 180 ppmv (parties par million en volume) et 280 ppmv pour le CO2, et entre 350 ppbv (parties par milliard en volume) et 700 ppbv pour le CH4. 
D’après ces résultats, les concentrations en gaz à effet de serre sont corrélées à la température antarctique sur l'ensemble de la période étudiée, confirmant les observations précédentes faites sur les derniers 150 000 ans. Une telle relation apparaît encore pendant les périodes interglaciaires les plus chaudes au cours desquels les concentrations en gaz à effet de serre sont les plus élevées (300 ppmv de CO2 et 750 ppbv de CH4). Des valeurs pourtant très inférieures aux concentrations mesurées dans l’atmosphère actuelle : 360 ppmv de CO2 et 1700 ppbv de CH4. Des valeurs jamais atteintes au cours des derniers 420 000 ans.
Vers – 310 000, - 240 000, - 135 000 et – 15 000 ans, la fin des quatre grandes glaciations est suivie de transitions climatiques vers des climats interglaciaires. Les fins de périodes glaciaires sont généralement les plus froides et les changements vers les périodes chaudes se sont opérés en 5 à 10 000 ans. Pour les quatre transitions et d’après l’analyse des échantillons de glace, la même séquence d'événements s’est répétée : le réchauffement des hautes latitudes sud suivait quasi simultanément, à mille ans près, l’augmentation des concentrations des gaz à effet de serre (CO2 et le CH4). Alors que quelques milliers d'années plus tard seulement (entre 4 et 9 000 ans ), s'opéraient le réchauffement de l'hémisphère Nord et la fusion massive des calottes qui s’y étaient développées. Ce résultat met en exergue les mécanismes de transmission de la machine climatique entre les deux hémisphères. Ils viendront alimenter les systèmes de modélisation du climat.
Comme celles observées dans les sédiments marins, ces périodes témoignent du rôle joué par les changements, aussi légers soient-ils, de l’orbite de la terre autour du soleil sur les variations du climat. Mais pas seulement. La période chaude que nous connaissons depuis 11 000 ans, apparaît comme la plus longue depuis 420 000 ans. Les variations de l’ensoleillement sont sans doute trop faibles pour expliquer l’amplitude des changements climatiques observés. Les résultats confirment donc l'idée proposée il y a une dizaine d’années, selon laquelle les gaz à effet de serre ont aussi contribué aux changements glaciaires/interglaciaires en amplifiant les variations initiées par les variations orbitales de la Terre. Le mécanisme en place reste à préciser. 

(1)Climate and Atmospheric History of the Past 420 000 years from the Vostok Ice Core, Antarctica par Petit J.R., Jouzel J., Raynaud D., Barkov N.I., Barnola J.M., Basile I., Bender M., Chappellaz J., Davis J. , Delaygue G., Delmotte M., Kotlyakov V.M., Legrand M., Lipenkov V., M., Lorius C., Pépin L., Ritz C., Saltzman E., Stievenard M., Nature, 3 juin 1999.

(2)Le projet a été soutenu en Russie par le Ministère des Sciences et aux Etats Unis par l’Office des Programmes Polaires de la NSF. Sur le plan national, il est coordonné par le Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement du CNRS et conduit dans le cadre d'une collaboration étroite entre le Centre national de la recherche scientifique / Insu, le Commissariat à l’énergie atomique/ DSM et l’Institut français de recherche et technologie polaire, à Brest. Il bénéficie aussi du soutien du Programme National d'Etudes de la Dynamique du Climat de la Commission européenne, de la Fondation de France, de la région Rhône Alpes et de l’Université J. Fourrier de Grenoble. 

Contacts chercheurs :
Jean Robert Petit et Dominique Raynaud
Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement - CNRS
Tél : 04 76 82 42 44 / 42 45 

(Photos disponibles au LGGE)
Jean Jouzel

Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement CEA-CNRS
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Contact presse :
Séverine Duparcq
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