Depuis plusieurs siècles, les instruments de mesure (thermomètres, pluviomètres, baromètres, capteurs spatiaux…) et les réseaux d’observations (réseau météorologique mondial, satellites) permettent des mesures directes de paramètres climatiques (températures, précipitations, pressions…). Accumulées au cours du temps, ces données permettent de suivre directement l’évolution climatique. Par exemple, il est possible de caractériser l’évolution des températures de la Terre depuis 1860, avec une précision qui augmente au cours du temps (amélioration des instruments et de la couverture spatiale).

Pour comprendre les mécanismes des changements de climat, il est important d’avoir accès à des informations sur l’évolution climatique sur une échelle de temps plus grande (derniers siècles, derniers millénaires, périodes glaciaires interglaciaires…). Le LSCE développe des méthodes pour reconstruire les changements climatiques passés à partir d’archives historiques et naturelles, pour

- quantifier les changements de variables climatiques clés : températures, précipitations, salinité des eaux de mer, pression atmosphérique, intensité des courants marins…

- permettre de confronter les simulations climatiques conduites à l’aide de différents modèles de climat pour des périodes passées aux reconstructions

- analyser les causes des changements climatiques passés : modes de variabilité naturelle (oscillations générées par le système climatique), réponse du système climatique à une variété de forçages.

Les reconstructions des changements climatiques passés utilisent des analyses physiques, chimiques et biologiques conduites sur des milieux naturels, et se déclinent suivant 3 grands réservoirs :

1.Calottes de glace

Les glaces polaires offrent des archives physiques du climat (qui ne passent pas par le filtre d’organismes vivants). Au LSCE, nous utilisons des spectromètres de masse pour analyser la composition isotopique de l’eau et de l’air contenus dans les carottes de glace. L’analyse des isotopes de l’eau permet de caractériser les changements de température, d’accumulation et d’origine des précipitations. L’analyse des isotopes de l’air permet de caractériser les changements du cycle de l’oxygène et également de quantifier d’une autre manière les changements de température polaire. Les glaces polaires permettent également de connaître les changements de la teneur en gaz à effet de serre dans l’atmosphère au cours du temps et de comprendre les relations entre changement du climat et du cycle du carbone. En Antarctique, le forage le plus ancien couvre 800 000 ans ; au Groenland, près de 125 000 ans ; dans les glaciers tropicaux, environ 20 000 ans.

2. Océan

Les forages océaniques ont deux énormes avantages. D’une part l’océan couvre les 2/3 de la planète donc on peut avoir des forages à toutes les latitudes, d’autre part ces forages ne sont limités que par le renouvellement de la croûte océanique.

On peut donc descendre dans le temps sur des dizaines de millions d’années (jusqu’à environ 150 millions d’années).

Enfin, ces forages révèlent non de la glace comme décrit plus haut mais des dizaines d’espèces de coquilles carbonatées (appelées foraminifères) planctoniques pour la surface et benthiques pour le fond entre autres marqueurs de la température passée des océans.

L’analyse de la distribution de ces espèces ainsi que l’analyse isotopique en oxygène et 018 de ces coquilles apportent des informations précieuses non seulement sur la température, mais également sur la circulation des océans (la dynamique des courants).

3. Continents

Sur les continents, différents types d’archives climatiques peuvent être exploitées. Au cours de la période historique, des mesures météorologiques anciennes et des sources documentaires (dates de vendanges par exemple) peuvent être exploitées pour caractériser les évènements climatiques extrêmes et les variations climatiques au cours des derniers siècles, année après année. L’analyse de la composition isotopique de la cellulose de cernes d’arbres (anneaux de croissance annuels du bois) permet également de reconstruire, année après année, l’évolution du climat au cours des derniers siècles.

Les restes humains peuvent être utilisés pour témoigner des conditions climatiques passées, à travers la composition isotopique de l’émail de dents issues de sites archéologiques.

Enfin, une variété de milieux naturels permet de caractériser et de quantifier l’évolution du climat, archivée dans la composition des spéléothèmes (stalagmites formés dans les grottes) et des carottes prélevées dans les sédiments de lacs. L’analyse des types de pollens, des types de crustacés des lacs et de leur composition isotopique permet, comme dans les sédiments marins, de quantifier les changements de températures et/ou de précipitations.

Enfin c’est grâce aux techniques de datation que toutes les informations issues de ces 3 réservoirs vont, telles les pièces d’un puzzle s’assembler, se conforter pour donner l’image globale du climat d’une période donnée.