Modélisation climatique
Au cours des temps géologiques, des changements climatiques majeurs ont marqué l’histoire de la Terre. Les marqueurs paléoclimatiques enregistrent les preuves de ces changements mais les causes peuvent être multiples et des mécanismes de rétroaction peuvent intervenir. Dans un système où les enveloppes solide (lithosphère) et fluide (atmosphère, océan) sont étroitement liées, comprendre l’évolution des climats de la Terre à l’échelle des temps géologiques implique de connaître l’évolution de la paléogéographie au cours du temps. En effet le déplacement des plaques lithosphériques, les mouvements verticaux de la lithosphère (isostatique ou dynamique) et l’eustatisme marin modifient le visage de la Terre. Ainsi des périodes de coalescence continentale aboutissant à un supercontinent alternent avec des périodes de dislocations continentales, des phases orogéniques alternent avec des phases de pénéplanation de relief, des périodes de régression marine alternent avec des périodes d’ennoiement maximum des continents.
Ces changements paléogéographiques agissent de manière directe sur le climat en modifiant la quantité d’ensoleillement reçu localement et en perturbant la circulation atmosphérique et/ou océanique et de manière indirecte en perturbant le cycle du carbone inorganique par des variations des sources (volcanisme, métamorphisme) et des puits (altération des silicates) ou du carbone organique (enfouissement de la matière organique). Ces perturbations du cycle du carbone organique et inorganique agissent directement sur l’intensité de l’effet de serre. D’autres gaz comme le méthane sont susceptibles de varier également.
A une échelle de temps de temps plus courtes (104-105 ans), les variations des paramètres orbitaux de la Terre (excentricité, obliquité, précession des équinoxes) modulent la quantité d’ensoleillement reçu en chaque point du globe au cours de l’année. Ils en résultent des variations cycliques du climat au cours du temps.
La modélisation est un outil parfaitement adapté pour aider à comprendre les causes et les mécanismes à l’origine des changements climatiques et des cycles biogéochimiques. Mais les différentes enveloppes terrestres ayant des temps de réponse caractéristique extrêmement variables (quelques jours pour l’atmosphère, quelques décennies à siècles pour l’océan, supérieur au million d’années pour la tectonique), la principale difficulté réside dans l’intégration de processus opérant à des échelles de temps différentes. Pour pallier à cette difficulté majeure, il est donc nécessaire d’utiliser une hiérarchie de modèles numériques complémentaires adaptée à la problématique et de les coupler. Les simulations ainsi réalisées sont confrontées à une large gamme d’indicateurs paléoclimatiques et paléoenvironnementaux.
Modèle de système Terre
Nos études s’appuient sur le modèle de Système Terre IPSL-CM5A2. Il est constitué d’un modèle atmosphérique, d’un modèle océanique et de glace de mer, d’un modèle de surface continentale pour simuler les sols, la végétation et le routage de l’eau, d’un modèle des cycles biogéochimiques. Ce modèle est optimisé pour réaliser des simulations de plusieurs milliers d’années, durée requise pour mettre à l’équilibre l’océan profond.
