Nouveau voyage au centre de la Terre de Vincent Courtillot

Vincent Courtillot, chercheur reconnu en géophysique pour ses études, entre autres, en paléomagnétisme, s'est intéressé depuis une trentaine d'années aux traps volcaniques et aux extinctions biologiques en masse des derniers millions d'années (voir troisième partie du livre). Ceci l'a amené à chercher et proposer des liens de cause à effet entre émissions volcaniques et perturbations climatiques, puis à s'intéresser au climat en général et à ses variations récentes et actuelles en particulier.

Les principaux facteurs contrôlant le climat sont rappelés : facteurs externes (paramètres astronomiques et Soleil) et facteurs internes (tectonique, CO₂). Le climat est abordé du point de vue de son marqueur principal : la température. Limitons-nous ici aux remarques les plus générales suite à la lecture du livre.

Les précautions de mesure de la température et la difficulté de calcul d'une température moyenne globale sont rappelées surtout pour dénoncer la validité, ou plutôt la précision, de séries temporelles de mesures ayant fait intervenir des techniques différentes et pour remettre en cause l'importance de l'amplitude des variations récentes de la température globale. Ceci n'empêche pas de proposer de nouvelles courbes, montrées comme contre-arguments aux tenants du "politiquement correct", courbes normalement tout autant entachées d'erreur que les courbes dénoncées. Recalculer la moyenne de la température sur l'Europe du Nord à partir des mêmes séries temporelles que les autres ne peut donner de nouveaux résultats que si l'on fait des hypothèses différentes dont la validité devrait être discutée. De plus, il est alors impossible de directement comparer ces calculs locaux à la moyenne globale, car en élargissant petit à petit le domaine géographique considéré, de nouvelles séries temporelles locales seraient à prendre en compte ce qui pourrait donner des courbes différentes à chaque extension géographique. En outre, la distinction n'est pas toujours suffisamment faite entre température moyenne globale et température moyenne locale. On ne peut parler de variations locales de température qu'en précisant la latitude. En effet, pour une variation moyenne globale donnée, les variations locales à l'équateur seront sensiblement équivalentes mais pourront être de plus en plus forte lorsqu'on se déplace vers les hautes latitudes. Ainsi, l'écart de température entre la dernière glaciation (-20ka) et le dernier maximum holocène (-8ka) est estimé à 6-7°C pour la température moyenne terrestre, alors que dans le Nord-Est de la France les variations locales sont estimées à 16 à 22°C.

Les variations de la teneur en CO₂ de l'atmosphère au cours du temps constituent un point important. Mais au fil des pages, cette variation est donnée avec plus ou moins de précision, comme si aucune série complète n'était disponible (telle quelle ou recompilée par l'auteur). Petit exercice nécessitant un scanneur et un logiciel de retouche photos : scannez les courbes 2-2 p.40 et 2-4 p.45, retenez les portions correspondant à la période 1750-2000, mettez-les aux mêmes échelles et superposez. Le caractère plat annoncé pour la courbe 2-2 est nettement moins flagrant qu'avec l'équivalent issu de la figure 2-4 (ce qui semble perceptible à l'oeil nu mais mérite le petit exercice proposé pour en être sûr, tant les échelles graphiques sont différentes).

Source - © 2009 V. Courtillot, modifié

Figure 1. Comparaison de deux courbes de teneur atmosphérique en CO₂

Petit exercice de retouche d'images : superposition des figures 2-2 p.40 et 2-4 p.45.

Vincent Courtillot rappelle que les données sur les climats passés (derniers 400 ka) montrent que les variations de CO₂ dans l'atmosphère miment les variations de températures avec systématiquement un temps de retard : l'effet de serre lié à ce CO₂ est donc un possible facteur aggravant mais pas la cause initiale du réchauffement. Ceci est vrai et reconnu de tous les climatologues. Malheureusement, il n'est pas rappelé que, pour la première fois depuis 400 000 ans, on observe depuis 100-150 ans une hausse du CO₂ atmosphérique qui précède la hausse de température. La hausse actuelle du CO₂ est imposée au système climatique, ce n'est pas une conséquence du réchauffement (voir par exemple les conférences de M. Desmet et V. Masson-Delmotte). Scénario différent pour l'actuel par rapport au passé, donc processus différents, ou du moins importances relatives différentes entre les facteurs contrôlant les variations climatiques en cours.

Le travail de l'auteur sur le climat repose ici sur le traitement numérique de séries temporelles de données entre lesquelles des corrélations sont recherchées. Remarquons que les puissants outils numériques de traitement de données ne permettent pas de s'assurer d'un lien de cause à effet entre les séries mises en regard. Tenter de corréler deux séries temporelles suppose l'hypothèse initiale d'un lien de cause à effet que l'on veut mettre en évidence ou quantifier. Trouver une (certaine) corrélation ne prouve aucunement un lien de cause à effet. Il est nécessaire de trouver, proposer des mécanismes physiques reliant les paramètres corrélés. Alors seulement, il est possible de tester cette hypothèse et de quantifier la part du ou des mécanismes proposés dans l'évolution des séries temporelles. Remarquons aussi que cette modélisation peut être un préalable à la quantification de la corrélation dans le cas de phénomènes non-linéaires (cause et effet ne suivent pas des évolutions "parallèles" dans un graphique). Or, l'auteur rappelle que de nombreux processus contrôlant le climat sont non-linéaires, ont des effets de seuil (des à-coups, des marches d'escalier). En général, ces processus non-linéaires sont pressentis car ils semblent apparaître sur certaines périodes (les plus linéaires) ou sont connus comme étant des processus potentiellement importants. Aussi, affirmer qu'un facteur explique 75% des variations de la température sans proposer un mécanisme explicatif testable, n'est que constater une relation mathématique statistique entre deux séries temporelles et ne prouvent rien... si ce n'est que d'autre relations statistiques sont nécessaires pour expliquer les 25% restants... et que 100% du signal mériterait des explications physiques.

Un dernier point : la controverse liée à un article de Courtillot et al. de 2007, à laquelle il est fait référence à la figure 2-3 et p.82. Dans l'article initial, une courbe présente, entre autres, les variations temporelles de l'irradiance solaire, S(t), et de la température globale moyenne, Tglobe. Il en résulte une "bonne corrélation" entre S(t) et Tglobe. Devant cette courbe, MM. Bard et Delaygue écrivent un commentaire à cet article, dans lequel ils retracent les variations temporelles de S(t) et Tglobe en utilisant les séries complètes disponibles (et non pas tronquées comme dans l'article initial pour l'irradiance) : la corrélation ne saute alors plus vraiment aux yeux. L'irradiance solaire annoncée dans l'article initial n'est en fait que la partie UV de l'irradiance, de plus la température moyenne utilisée n'est pas celle de la Terre, mais des terres situées au Nord de 20° de latitude Nord. Dans la réponse à ce commentaire, les auteurs redonnent de nouveaux liens vers les données sources. Cependant, l'éditeur de la revue se fend d'une note expliquant qu'une dernière correction des auteurs sur la source des données rectifie bien les auteurs des données mais que, en ce qui concerne la température « instead of global, annual means they are seasonal estimates from land regions north of 20°N » (au lieu d'être les moyennes annuelles globales, elles sont les estimations obtenues à partir des terres de latitude supérieure à 20°N). Il conclut que chacun peut se faire sa propre opinion s'il a accès aux fichiers de données corrects (ce qui nécessite une recherche, ou l'utilisation des données citées par Bard et Delaygue).

Cette première partie est donc plus une défense de l'auteur devant un public amateur (disons de degré d'expertise non homogène) de positions non (encore ?) étayées devant ses pairs. La recherche avance aussi grâce aux idées nouvelles qui sont testées, vérifiées, confirmées ou infirmées. Il est vrai que certaines théories ou faits ont été durement contestés avant d'être reconnus plus tard, ce qui ne signifie pas pour autant que toute proposition nouvelle, aussi politiquement incorrecte soit-elle, et aussi durement fut-elle combattue, finira un jour par devenir la nouvelle vérité. N'oublions pas le droit à l'erreur (errare humanum est...), ni le doute nécessaire qui permet de retravailler ses propres études pour en reconnaître les faiblesses éventuelles (...perseverare diabolicum).

Articles cités dans cette section :

Voici une sélection d'erreurs factuelles :

Références citées :

Cette partie part de la tectonique des plaques pour débuter un voyage de la surface au noyau. Sont traités les traps (reconnaissance, origine), la machine thermique terrestre avec conduction, convection et couches limites, la sismologie et la tomographie, le magnétisme et le paléomagnétisme, le noyau et la dynamo terrestre. Tout au long de cette visite guidée, des points discutés sont exposés et des jalons sont posés pour la suite de l'exposé.

Quelques petites remarques sur cette partie écrite de manière passionnée et passionnante.

À la page 114, note 4, l'auteur renvoie à l'un de ses articles publié par la revue Nature. Il n'est pas certain que chacun se rappellera ici qu'à la page 81 sont villipendés les « raconteurs d'histoires qui se plient aux exigences de journaux non spécialisés, comme Nature et Science, à la recherche de gros titres et de solutions excitantes ». Cela montre la violence des propos de la première partie, la revue Nature n'étant certes pas spécialisée, elle est une des deux revues scientifiques généralistes les plus prestigieuses dans lesquelles il est bon de publier de temps à autre pour mettre en avant sa recherche, que l'on soit « raconteurs d'histoires » ou non. Les aspects techniques, les arguments sont présentés et discutés dans des revues plus spécialisées.

À la page 134, il est dit que « la partie supérieure des cellules [de convection] forme des plaques, certes rigides... ». Mais il est rappelé ailleurs qu'il y a un fort gradient de viscosité entre le manteau convectif et la lithosphère conductrice. On peut lier, au moins pour partie, le mouvement des plaques rigides au mouvement des cellules de convection du manteau sous-jacent par frottement, sans pour autant simplifier à outrance en considérant que les plaques en subduction sont entraînées par un courant descendant de convection et que dorsales et flux ascendants convectifs sont à l'aplomb l'un de l'autre. N'oublions pas que si les plaques entrent en subduction c'est parce que leur densité devient, avec l'âge, supérieure à celle du manteau sous-jacent (comme cela est d'ailleurs rappelé dans ce livre), elles ne sont pas ni happées ni entraînées de force par les cellules de convection.

À la page 140 apparaît ce qui semble être une erreur de frappe, car il est écrit qu'à 410 km de profondeur « l'olivine [Mg₂SiO₄ ou Mg_0,9Fe_0,1SiO₄] se transforme en spinelle (MgAl₂O₄) », alors qu'il s'agit seulement d'une transformation de l'olivine en une autre phase de l'olivine de même structure que le spinelle, la wadsleyite. Les formules chimiques étant données, l'erreur de raccourci semble évidente.

Cependant à la page suivante, page 141, l'erreur perdure et s'aggrave. Il est écrit que « la phase de haute pression (spinelle) de l'olivine Mg₂SiO₄ se transforme en deux autres minéraux plus compacts encore, MgSiO3, la ringwoodite (dont la structure est celle du minéral plus commun CaTiO3 appelé pérovskite) et le simple oxyde de magnésium ou périclase, MgO ». Or, la ringwoodite est la phase de haute pression de l'olivine (de plus haute pression que la wadsleyite) qui se dissocie à encore plus haute pression en pérovskite d'une part et en périclase (ou plus précisément en magnésiowustite comme c'est d'ailleurs précisé en note infrapaginale). Il y a confusion totale entre "anciennes" appellations et termes "modernes" pour nommer les phases de hautes pression de l'olivine.

À la page 167, il est prédit que dans quelques milliers d'années nous verrons peut-être la géologie de l'Antarctique (suite à une déglaciation du moins partielle) mais ceci pour un temps bref (à l'échelle géologique, bien sûr) car « nous devrions ensuite entrer inexorablement dans la prochaine ère glaciaire ». Ce point est débattu par des astronomes qui calculent les paramètres astronomiques de la Terre au cours du temps. C'est une combinaison des variations d'obliquité, d'excentricité et du mouvement de précession qui permet l'entrée dans (ou la sortir d') une ère glaciaire "classique" (restons dans les 400 derniers ka). Chaque paramètre ayant une influence sur le contraste d'énergie entre hémisphères et sur les contrastes saisonniers. Certains astronomes considèrent que la prochaine configuration favorable à une glaciation sera à la limite des conditions supposées permettre une réelle entrée en glaciation. Ce qui fait dire d'ailleurs aux climatologues qui se projettent le plus loin possible dans le futur, que les perturbations climatiques actuelles, liées à une forte teneur en CO₂ dans l'atmosphère, pourraient avoir des conséquences à plus long terme (cycle du carbone avec des périodes de plusieurs milliers d'années) telles que le réchauffement d'origine anthropique pourrait perdurer et empêcher l'entrée dans la prochaine ère glaciaire déjà naturellement incertaine (A. Berger, M.-F. Loutre. 2002. NEWS: 'An Exceptionally Long Interglacial Ahead?' Science 297:1287-1288 doi:10.1126/science.1076120).

Aux pages 174-175, il est fait référence à la possibilité de basculement de l'axe de rotation de la Terre, non "observés" dans les 300 derniers millions d'années mais pas exclus par certains "modèles numériques". Rappelons ici, que le basculement de l'axe de rotation, faisant qu'un pôle actuel peut avoir été un temps donné près de l'équateur, est un phénomène modélisé et pris en compte dans l'explication des caractéristiques de la planète Mars, par J. Laskar par exemple. Pour ce dernier, toutefois, la présence de la Lune aurait un effet stabilisateur empêchant de grandes variations de l'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre contrairement à la planète Mars, dépourvue de satellites. Voir : J. Laskar, P. ROBUTEL. 1993. The chaotic obliquity of the planets. Nature 361, 608-612 doi:10.1038/361608a0, et J. Laskar, F. Joutel, P. ROBUTEL. 1993. Stabilization of the Earth's obliquity by the Moon. Nature 361, 615-617 doi:10.1038/361615a0, et la conférence de J. Laskar sur la théorie astronomique des paléoclimats.

La troisième partie du livre nous présente la démarche scientifique proposant de rapprocher traps et extinctions biologiques en masse.

Tout commence avec la présentation du travail de datation précise des traps du Deccan permettant de confirmer que traps du Deccan, météorite et extinction en masse ont bien eu lieu il y a 65 Ma. Puis, les trois événements étant proches, de nouveaux éléments, de nouvelles techniques, de nouvelles campagnes d'échantillonnage ont permis de préciser leur âge relatif. La mise en place des traps est le fruit de quelques gros événements dont les plus importants sont antérieurs à la limite Crétacé - Tertiaire. L'impact météoritique étant, lui aussi, légèrement antérieur à cette limite. L'impact météoritique comme cause unique de la fin des dinosaures peut déjà ici être ébranlé. Deux types d'arguments sont avancés : la concordance traps-extinction en masse pour les 300 derniers millions d'années, avec des datations précises permettant de s'assurer de la concomitance des événements (il reste à s'assurer, pour chaque cas, de la réelle antériorité des traps). Statistiquement, si traps et extinction en masse sont indépendants, une telle corrélation serait très hautement improbable. L'autre piste est d'essayer d'expliquer l'origine des traps et les conséquences de leur mise en place sur le climat et la biosphère. À partir de l'exemple du Laki, dont les éruptions ont provoqué des perturbations climatiques en Europe pendant 1 à 2 ans, et pour lesquelles il semble démontré que des écoulements de laves majoritairement fluides (comme pour les traps) sont parsemés d'événements explosifs, des mécanismes d'action sont envisagés et testés par modélisation numérique simple (modèle atmosphérique à faible résolution, modèle volcanique simpliste) qui rend compte de certaines observations d'époque ("brouillards"). Le passage à la relation Deccan - fin des dinosaures peut sembler aller de soi même si dans le détail il souffre de quelques manques à combler. On change complètement d'échelle en terme d'énergie et de quantité de laves émises, en terme temporel puisque de quelques semaines on passe à des épisodes répétés de quelques milliers d'années qui impliquent la prise en compte, entre autres, comme cela est expliqué, des processus de rétro-contrôle océan-atmosphère et les événements brutaux à effet de seuil possibles (déstabilisation de clathrates). Lorsque les mécanismes impliqués dans le cas du Laki seront compris et modélisés, il sera alors possible d'envisager sereinement les changements d'échelle.

La démonstration est donc convaincante mais demande à être travaillée, par exemple, pour proposer de véritables mécanismes physiques modélisables et quantifiables pour l'action du soufre dans la haute atmosphère, pour développer ou utiliser de véritables modèles d'éruption volcanique adaptés aux cas des laves fluides à événements explosifs. L'auteur est bien conscient de cela, il nous fait ressentir au long de son exposé comment il est passé d'une idée, à un résultat intéressant, puis à des études réconfortantes pour en arriver à un ensemble cohérent, convaincant mais nécessitant des travaux de recherche supplémentaires pour démontrer les parties qui ne sont encore que des hypothèses réalistes.

Avant de conclure Vincent Courtillot nous met en garde « avant de se jeter sur l'ordinateur, il est essentiel d'acheter son ticket d'entrée dans ce "grand jeu" en acquérant la maîtrise du terrain et de l'observation, en apportant à la communauté des collègues une brassée de données nouvelles, aussi solides que possible ». Cette mise en garde, très pertinente, laisse à penser que la première partie du livre a été écrite en dernier. En effet, la deuxième partie apparaît comme un état des lieux préalable à la compréhension de la troisième partie. La troisième partie est un exposé d'un parcours de recherche de plus de 20 ans, alors que la première partie est l'exposé des difficultés actuelles rencontrées suite à l'entrée dans un nouveau domaine de recherche nouveau. Dans cette nouvelle recherche, il semble que toutes les données utilisées et brassées sur ordinateur souffrent d'un manque de maîtrise puisqu'elles ne sont pas le fruit de recherches personnelles (données externes peut-être mal interprétées et mal utilisées) pour lesquelles une attention particulière doit être apportée quant à leur mode d'acquisition, leur interprétation et leurs limites, afin de vérifier non pas l'exactitude mais la pertinence dans les travaux que l'on veut mener à partir de données acquises initialement pour une autre recherche.