Paramètres de Milankovic

 

Milutin Milankovic (1879-1958) est un scientifique serbe. Il a émis des théories sur l’influence de paramètres astronomiques sur l’évolution du climat au cours de l’ère quaternaire. Cette dernière est en effet caractérisée par des alternances de phases glaciaires et interglaciaires. Milankovic a alors mis en évidence trois aspects qui pourraient concourir à l’évolution du climat.

La terre tourne autour du soleil selon une ellipse dont le soleil est un des foyers. Cependant, l’excentricité de cette ellipse varie au cours du temps. La solution de ce phénomène est une somme de termes sinusoïdaux dont les principaux termes ont des périodes longues de 110 000 et de 410 000 ans environ. L’excentricité varie entre 0 et 0.06 ce qui modifie les climats. Bien que nous sachions que les différentes saisons ne sont pas dues à un éloignement du soleil mais à l’obliquité de l’axe de rotation de la terre, une terre plus proche du soleil recevra tout de même plus d’énergie qu’une terre plus éloignée. Dans le cas où l’excentricité de l’orbite est nulle, la terre reçoit la même quantité d’énergie tout au long de l’année. Dans le cas où l’excentricité de l’orbite est maximale, les différences d’énergies reçues du soleil sont plus marquées. Actuellement, l’excentricité de l’orbite est de 0.02 et décroit (donc l’orbite forme presque un cercle). (Voir Fig.1)

theorieAstro1

Fig. 1 Variations de l’orbite terrestre

 

Cette variation de l’excentricité est due aux influences des différentes planètes du système solaire. Si la Terre était sans lune et la seule planète du système solaire, l’excentricité de son orbite ne changerait pas. Seulement voilà, des planètes massiques comme Jupiter et Saturne viennent perturber cet équilibre en attirant à elles la Terre. Les autres planètes moins massiques du système solaire ont aussi une influence. Avec 8 planètes ayant des propriétés physiques et des périodes de révolution très différentes les unes que les autres, on ne pouvait s’attendre à ce que ces différentes forces se compensent. On a donc une déformation de l’orbite terrestre. 

L’aphélie (distance maximale) vaut 152 100 000 km.

Le périhélie (distance minimale) vaut 147 100 000 km.

 

En raison de sa rotation sur elle-même, la terre se déforme sous l’effet centrifuge. Comme l’accélération orthoradiale est plus grande à l’équateur (plus grande distance par rapport à l’axe de rotation et  vitesse=distance * vitesse angulaire), la terre est légèrement aplatie aux pôles. En d’autres termes, le rayon terrestre aux pôles est plus petit que celui à l’équateur. On nomme de manière imagée, bourrelet équatorial, ce phénomène. Mais ceci a pour conséquence d’augmenter la masse au pôle et le bourrelet équatorial à tendance à vouloir être confondu avec le plan de l’écliptique sous l’action conjuguée de la Lune et le Soleil. Enfin, et toujours en raison de la rotation de la terre autour de son axe, cette instabilité se traduit par un phénomène de précession, c’est-à-dire que l’axe de rotation de la terre tourne autour de la normale au plan de l’écliptique. (Voir Fig.3) On parle également de précession pour les toupies.

 http://lanuit.perso.libertysurf.fr/precession.gif

Fig.3 Précession des équinoxes

 

Actuellement, l’étoile qui indique le nord est donc l’étoile polaire, mais ça n’a pas toujours été le cas et ça ne sera pas toujours le cas. La période de précession est de 26 000 ans.

Ce phénomène fait déplacer les saisons le long de l’orbite terrestre. Dans l’hémisphère Nord, nous sommes actuellement proches de l’aphélie en été, et proches du périhélie en hiver. Ceci se traduit donc par des étés frais et des hivers doux. Dans l’hémisphère Sud, c’est l’inverse. Le contraste été-hiver est plus marqué. Les hivers sont rudes et les étés sont chauds.

Il faut prendre en compte aussi, dans la précession des équinoxes, ce qu’on appelle la précession du périhélie. L’orbite terrestre, en plus de changer d’excentricité, tourne autour du soleil. Dans un référentiel héliocentrique, le périhélie se trouve donc tantôt d’un côté du soleil, tantôt de l’autre. La période observée de la précession des équinoxes n’est donc plus la même, elle est ramenée à 22 000 ans. (Voir Fig.4)

 

perihel.gif prec_ell.gif

http://acces.ens-lyon.fr/acces/terre/paleo/variations/paleoclimats/syntheses/variations-du-climats/astro/milanko4.htm

Fig.4 Précession du périhélie

 

L’obliquité est l’angle entre la normale au plan de l’écliptique et l’axe de rotation de la terre, l’écliptique étant le plan qui contient l’orbite terrestre. Actuellement, cet angle vaut environ 23°26’.

File:Obliquite plan ecliptique.png

Fig. 2 Obliquité

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/86/Obliquite_plan_ecliptique.png

 

Cet angle varie entre 21.8° et 24.4° selon une période principale de 41 000 ans. (Comme précédemment, la solution n’est pas une sinusoïde parfaite mais une somme de termes sinusoïdaux.)

Ce phénomène est attribué aux influences des autres planètes du système solaire ainsi qu’au fait que la précession des équinoxes ne décrit pas un cercle parfait mais subit une légère oscillation (encore une fois comme les toupies).

 

Contrastes

Nous avons parlé plus haut du fait que la position des équinoxes donne des saisons peu-contrastées dans l’Hémisphère Nord et contrastées dans l’Hémisphère Sud. Dans ce cas, on joue sur des contrastes locaux, mais les paramètres de Milankovic jouent également sur le contraste global de la Terre. Dans le cas où l’obliquité est faible et que l’orbite est presque cyclique, on a bien un contraste faible. On s’est aperçu que ce genre de période était caractérisé par une glaciation. On attribue cela au fait que, les étés étant doux (aussi bien au Nord qu’au Sud, puisque le contraste est faible globalement), les neiges de l’hiver ne disparaissent pas facilement, surtout dans les hautes latitudes, et augmentent l’Albédo, c'est-à-dire la réverbération du soleil. L’insolation est donc plus faible, ce qui amènerait à une glaciation jusqu’à ce que les paramètres astronomiques soient à nouveau favorables.

Les paramètres de Milankovic existaient-ils avant -50 millions d’années ?

Il est évident que pareillement à aujourd’hui, les paramètres astronomiques jouaient un rôle sur l’évolution du climat, mais l’incertitude des calculs devient trop grande au-delà d’une certaine époque. C’est pourquoi actuellement, le défi réside dans l’utilisation inverse des paramètres de Milankovic : Il s’agit d’utiliser les cycles des signaux géologiques (rapports isotopiques dans les sédiments, carottages glaciaires…) pour en déduire les cycles du climat ayant eu lieu avant le Quaternaire. On tente notamment de corréler la courbe d’insolation de la Terre avec son volume global de glace.

Des autres paramètres ?

Un autre paramètre astronomique, qui ne fait pas partie des paramètres de Milankovic, pourrait concourir à l’évolution du climat : La vitalité du Soleil. Bien que notre étoile soit jeune, son activité subit une évolution cyclique, selon une période courte de 11 ans. Pourtant, il a été constaté, pendant les quelques siècles où son activité à été mesurée, que ces cycles n’étaient pas toujours respectés. On peut par exemple citer le minimum de Maunder, qui serait à l’origine d’une petite aire glaciaire entre 1645 et 1715. Par ailleurs, il semblerait que le soleil serait depuis 2008, rentré dans une nouvelle baisse d’activité, ce qui laisse à prévoir une légère baisse de température sur les quelques décennies à venir (cela ne compensera pas le réchauffement climatique).