L'équilibre entre les enveloppes externes est-il fragile ?

Pierre Thomas

ENS-Lyon

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

05/01/2001

Résumé

Couplage atmosphère - océan, rétroactions et CO2 atmosphérique.


Question

« Bonjour, un petit point de désaccord entre collègues à propos de la fragilité de la Terre : peut-on dire que l'équilibre entre les différentes enveloppes externes de la Terre est source de fragilité ou au contraire un avantage (par exemple, l'équilibre permet d'éviter l'augmentation importante de la température terrestre alors que la concentration en CO2 augmente fortement ) ? »

Question posée par Laurent Moser le 1er juillet 2000 par courrier électronique.

Réponse

La notion délicate de fragilité

La planète Terre, en tant que sphère de 6.1024 kg, n'est pas fragile. L'environnement non plus, puisque depuis les ∼4 milliards d'années d'existence de la vie, il a supporté bien des avatars, et s'en est toujours remis...

Ce qui est fragile, c'est l'environnement sous la forme que nous connaissons aujourd'hui. Dix degrés de plus seraient certes fatals pour une bonne partie de la biosphère, mais ne le serait pas, ni pour la Terre, ni pour la vie en général. Ainsi, les conditions régnant sur Terre aujourd'hui sont effectivement facilement "modifiables", ce qu'on peut qualifier de "fragiles".

La notion d'équilibre et de couplages entre les enveloppes

Face à cette notion, il faut considérer d'abord qu'il existe des facteurs "amortissants", qui retardent les effets mais qui ne régulent rien. Par exemple, une augmentation du CO2 est limitée par sa dissolution dans l'océan. Cette limitation est provisoire. Elle s'arrêtera théoriquement quand l'océan aura absorbé tout ce qu'il est capable d'absorber.


Elle s'arrêtera même avant. Le CO2 se dissout dans les eaux polaires froides. La circulation océanique générale entraîne un enfoncement du CO2 dans l'océan Atlantique profond et une migration vers le Pacifique. Ce CO2 ressortira dans 2000 ans au Nord d'Hawaï. Quoi que l'on fasse, dans 2000 ans, le Pacifique "recrachera" le CO2 qui est absorbé aujourd'hui dans l'Atlantique Nord.

Il y a aussi des boucles de régulations  : Comme pour les régulations du milieu intérieur des vertébrés (glycémie par exemple...), il existe de nombreuses boucles de rétroactions entre les différentes enveloppes du globe et des paramètres externes comme la température. Certaines de ces interactions sont négatives et donc tendent à amortir les variations, d'autres sont positives, et tendent à les exagérer.

Exemples de rétroaction positive et négative sur la température terrestre

Prenons l'exemple d'une légère augmentation de température pour une cause X (variation d'un paramètre orbital par exemple). Cette augmentation de température diminuera la solubilité du CO2 dans l'océan, donc augmentera la quantité de CO2 atmosphérique, ce qui augmentera l'effet de serre, qui augmentera la température, et ainsi de suite, avec effet boule de neige. Cette boucle de rétroaction fonctionne "géologiquement vite", c'est-à-dire à la vitesse de réaction des océans. C'est vraisemblablement ce qui se passe depuis 3 millions d'années : de très faibles variations d'ensoleillement (Milankovich) ont probablement provoqué d'énormes variations climatiques.


À l'opposé, une augmentation de température va favoriser l'altération continentale. Cette altération (notamment des plagioclases, silicates calciques) va libérer des ions Ca2+, qui vont piéger du CO2 sous forme de CaCO3 et vont donc diminuer le CO2 atmosphérique (CaSiO3 + CO2 → CaCO3 + SiO2, réaction qui consomme irréversiblement du CO2). La diminution du CO2 atmosphérique va entraîner une diminution de l'effet de serre et donc une diminution de la température (effet modérateur). Cette rétroaction est beaucoup plus lente, car elle fait intervenir l'altération continentale, phénomène lent.


Bilan

Le climat de la Terre est donc la somme de n interactions de ce genre, rapides ou lentes, positives ou négatives, qui sont loin d'être toutes comprises. Toute modélisation fiable est donc impossible. Mais les deux exemples cités plus haut montrent que la quantité de CO2 peut, par son augmentation, complètement perturber notre environnement actuel à brève échéance (quelques siècles), mais qu'à l'échelle géologique, tout peut redevenir comme avant en quelques millions d'années (même si ce sera trop tard pour nous  !).

Remarquons enfin que de telles perturbations ont lieu naturellement. Depuis le début de l'ère primaire, le taux de CO2 (qui était de 5 à 10 fois la teneur actuelle au début du Paléozoïque) varie sans cesse entre 0,5 fois la teneur actuelle (au Carbonifère), jusqu'à 5 fois la teneur actuelle (au Crétacé) et même 20 fois la teneur actuelle au début de l'Ordovicien. Cela n'a pas été la fin de la Terre, ni même de la vie, mais la fin de très nombreux environnements et biotopes fragiles.