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Enquête sur les causes astrophysiques du changement climatique

Par Benjamin Deniston, équipe de recherche scientifique du LPAC, Etats-Unis.

Bien que les données historiques et géologiques des variations du CO2 ne correspondent pas aux changements dans les températures, il existe des phénomènes à l’échelle du système solaire et de la galaxie qui permettent assez bien d’expliquer les changements climatiques.

Ce sont les variations de l’activité du Soleil, les caractéristiques du Système solaire, et la position changeante du Soleil dans la galaxie. Ceci peut être mis en évidence pour différentes échelles temporelles.

Fig. 1. Trois différents relevés de température au cours du siècle dernier montrent les mêmes tendances générales : réchauffement dans la première moitié du siècle, stagnation ou refroidissement des années 1940 aux années 1970, puis réchauffement jusqu’au tournant du siècle. Ces variations suivent les principaux changements de l’activité solaire, mesurée par la lumière solaire atteignant la Terre (irradiation solaire totale – TSI), mais ne suivent pas les variations des émissions de CO2.
Fig. 1. Trois différents relevés de température au cours du siècle dernier montrent les mêmes tendances générales : réchauffement dans la première moitié du siècle, stagnation ou refroidissement des années 1940 aux années 1970, puis réchauffement jusqu’au tournant du siècle. Ces variations suivent les principaux changements de l’activité solaire, mesurée par la lumière solaire atteignant la Terre (irradiation solaire totale – TSI), mais ne suivent pas les variations des émissions de CO2.

A l’échelle du siècle écoulé, les variations de l’activité solaire sont corrélées avec celles de la température terrestre (qui diverge nettement de l’évolution des émissions de CO2).

Ceci s’observe sur des mesures de la température moyenne aux États-Unis, de la température moyenne en Arctique, ainsi que de la température moyenne globale, comparées aux changements de l’activité solaire.

Depuis environ 1900 la température a grimpé jusqu’au milieu du siècle – alors que les émissions de CO2 étaient relativement faibles, mais l’activité solaire était en croissance. Depuis les années 1940 jusqu’au milieu des années 1970, la température n’a pas vraiment bougé, elle a même baissé un peu – alors que l’activité solaire diminuait et que les émissions de CO2 augmentaient de manière accélérée.

Le réchauffement constaté depuis le milieu des années 1970 jusqu’à la fin du siècle est corrélé avec l’augmentation de l’activité solaire et avec celle des émissions en CO2, mais depuis le tournant du siècle l’activité solaire a ralenti et la température a aussi diminué (alors que les émissions de CO2 continuent d’accélérer) (figure 1).

Alors que certains affirment que les changements mesurés dans la quantité de rayonnement solaire atteignant la Terre sont trop faibles pour rendre compte du changement climatique observé globalement, de nouvelles recherches montrent qu’un processus additionnel amplifie l’effet du Soleil sur le climat de la Terre : il s’agit de l’influence du Soleil sur le flux de rayonnement cosmique, qui à son tour joue un rôle majeur dans la formation des nuages (influençant ainsi le climat).

Le rayonnement cosmique est constitué de particules atomiques (principalement des protons et des noyaux d’hélium, avec quelques noyaux d’éléments plus lourds) qui se déplacent dans la galaxie à des vitesses extrêmement élevées.

Du fait qu’elles sont chargées électriquement, le champ magnétique du Soleil change leurs trajectoires, régulant ainsi la quantité de rayonnement cosmique à haute énergie qui atteint l’atmosphère terrestre. Un Soleil plus puissant (émettant des champs lumineux et magnétiques plus intenses) déviant plus de particules, la Terre recevra moins de rayonnement cosmique.

A l’inverse, un Soleil plus faible déviera moins ces particules de rayonnement cosmique, les laissant atteindre la Terre en plus grande quantité.

Fig. 2a. Divers processus atmosphériques répondent aux changements dans le flux de rayonnement cosmique. Il s’agit notamment de la formation des nuages bas, de la température atmosphérique (mesurées au cours des dernières décennies), ainsi que de la formation des aérosols et de l’eau contenue dans les nuages (mesurées dans les jours suivant des baisses soudaines de flux de rayonnement cosmique). Graphique adapté des originaux, extraits de Svensmark, H. et Friis-Christensen, E., « Reply to Lockwood and Fröhlich – The persistent role of the Sun in climate forcing », Danish National Space Center Scientific Report 3/2007 ; et « Cosmic ray decreases affect atmospheric aerosols and clouds », Henrik Svensmark, Torsten Bondo, Jacob Svensmark, Geophysical Research Letters, 2009, 36 (15).
Fig. 2a. Divers processus atmosphériques répondent aux changements dans le flux de rayonnement cosmique. Il s’agit notamment de la formation des nuages bas, de la température atmosphérique (mesurées au cours des dernières décennies), ainsi que de la formation des aérosols et de l’eau contenue dans les nuages (mesurées dans les jours suivant des baisses soudaines de flux de rayonnement cosmique). Graphique adapté des originaux, extraits de Svensmark, H. et Friis-Christensen, E., « Reply to Lockwood and Fröhlich – The persistent role of the Sun in climate forcing », Danish National Space Center Scientific Report 3/2007 ; et « Cosmic ray decreases affect atmospheric aerosols and clouds », Henrik Svensmark, Torsten Bondo, Jacob Svensmark, Geophysical Research Letters, 2009, 36 (15).

En 1997 les scientifiques danois Henrik Svensmark et Eigil Friis-Christensen ont montré que la densité de nuages bas semble varier avec le flux de rayonnement cosmique.

Fig. 2b.
Fig. 2b.

Depuis, ils ont continué à mettre en évidence des éléments à l’appui de leur nouvelle théorie, montrant par des expériences de laboratoire que le rayonnement cosmique affecte les processus qui conduisent à la formation des nuages  [1], et identifiant d’autres réponses du système climatique terrestre aux changements du flux de radiations cosmiques.

Dans une étude de 2007, Svensmark et Friis-Christensen ont montré que la température moyenne globale de l’atmosphère augmente et diminue au fur et à mesure des changements du flux de rayonnement cosmique.

Fig. 2c.
Fig. 2c.

Une étude de 2009 de Svensmark et de ses associés montre que le nombre de nuages bas, la quantité d’eau contenue dans les nuages, et le nombre d’aérosols formateurs de nuages, diminuent tous dans les jours suivant les baisses soudaines de rayonnement cosmique (causées par des irruptions soudaines d’activité magnétique solaire) (figure 2a, 2b, 2c).

Toutes ces études montrent que le rayonnement cosmique joue un rôle clé dans le processus de formation des nuages et constitue donc un facteur essentiel dans la détermination du climat de la Terre (les nuages régulant la quantité de rayonnement solaire qui atteint la surface terrestre). Un soleil plus actif non seulement émet plus de lumière, mais il bloque également davantage de radiation cosmique, ce qui implique moins de nuages et donc encore plus de rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre.

Svensmark et ses associés ont montré qu’un changement de quelques pourcents dans la basse couverture nuageuse (attribuable au changement du flux de rayonnement cosmique) pourrait être responsable de la moitié du réchauffement terrestre au siècle dernier.

Ces données relativement nouvelles indiquent que la majeure partie du changement climatique au cours du siècle dernier est principalement due à une activité naturelle, et que l’impact des émissions humaines en CO2 apparaît pour ainsi dire négligeable. Les futures émissions humaines de CO2 ne sont donc pas un sujet d’inquiétude.

Cette conclusion est confirmée par une étude récente menée en Allemagne par un groupe s’étant intéressé aux cycles dans les relevés de température couvrant les dernières centaines d’années.

Fig. 3. L’interaction de seulement deux cycles, celui de 210 ans et celui de 65 ans, donne la courbe rouge, correspondant parfaitement avec les changements de température enregistrés. Graphique adapté de l’original de Lüdecke et al.
Fig. 3. L’interaction de seulement deux cycles, celui de 210 ans et celui de 65 ans, donne la courbe rouge, correspondant parfaitement avec les changements de température enregistrés. Graphique adapté de l’original de Lüdecke et al.

Dans leur analyse ils identifient clairement la présence de deux cycles déjà connus, un cycle d’environ 200 ans de l’activité solaire (connu sous le nom de « cycle de Suess » ou « cycle de De Vries »), et un cycle d’environ 65 ans des températures de l’océan Atlantique (connu sous le nom d’ » oscillation atlantique multidécennale »).

En examinant l’interaction de ces deux cycles naturels, ils ont découvert qu’à eux seuls ils sont responsables de la plus grande part du changement climatique au cours des siècles derniers, y compris les tendances récentes au réchauffement – indiquant là encore qu’il n’y a quasiment aucune raison de s’inquiéter des effets du CO ?  [2] (figure 3).

Ayant ceci à l’esprit, remontons un peu plus loin dans le temps. En examinant les données climatiques des derniers millénaires, on s’aperçoit que là encore les changements climatiques correspondent aux variations du flux de rayonnement cosmique (et non aux variations du CO2).

Fig. 4. Image adaptée de « Cosmic Rays and Climate » Jasper Kirkby, Surveys in Geophysics 28, 333–375.
Fig. 4. Image adaptée de « Cosmic Rays and Climate » Jasper Kirkby, Surveys in Geophysics 28, 333–375.

De multiples données climatiques sur les derniers millénaires indiquent de plus faibles températures entre les années 1500 et les années 1800, correspondant à une période de plus faible activité solaire et donc à un plus fort rayonnement cosmique.

De plus, on observe dans cet intervalle des périodes d’augmentation de la glaciation dans la Cordillère des Andes, correspondant là encore à des accroissements périodiques du flux de rayonnement cosmique. Avant cela, entre les années 900 et les années 1200, la température était plus élevée (c’est le fameux « Optimum climatique médiéval »), le flux de rayonnement cosmique plus faible, et la glaciation dans les Andes moindre (voir figure 4).

Fig. 5. Image adaptée de « Cosmic Rays and Climate » Jasper Kirkby, Surveys in Geophysics 28, 333–375.
Fig. 5. Image adaptée de « Cosmic Rays and Climate » Jasper Kirkby, Surveys in Geophysics 28, 333–375.

Pour les 2000 dernières années, la température des Alpes suit également très bien les variations du rayonnement cosmique – alors que les variations des niveaux de CO ? ne suivent pas celles des températures, allant dans des directions divergentes ou opposées pendant des centaines d’années (voir figure 5)  [3].

Ces données des deux derniers millénaires confirment le tableau dressé à partir de l’examen des cent dernières années : ce sont les variations du flux de rayonnement cosmique (régulé par l’activité solaire) qui dirigent les changements du climat, et non le CO2.

En remontant encore plus loin dans le temps, nous trouvons de nouveaux indices indiquant que le rayonnement cosmique est un facteur majeur du changement climatique. Un examen du flux de rayonnement cosmique sur l’ensemble de la période interglaciaire actuelle (l’époque Holocène, d’il y a 12 000 ans à nos jours) montre une très forte corrélation avec les variations de la glaciation dans l’océan Atlantique nord  [4].

De même, avec encore plus de précision, les variations des précipitations dans la péninsule Arabique, relevées entre 7600 et 4200 av. JC, montrent une très forte corrélation avec variations du flux de rayonnement cosmique  [5] (voir figure 6).

Fig. 6. Les variations du flux de rayonnement cosmique des 12 000 dernières années sont mesurées grâce aux changements dans la quantité de carbone 14 produite. Ces fluctuations du rayonnement cosmique sont cohérentes avec les variations de la glaciation et de la fonte glaciaire dans l’océan Atlantique nord (mesurées grâce aux débris de délestage) ainsi qu’avec les variations des chutes de pluie dans la Péninsule Arabique. Graphiques adaptés de Bond et al., « Persistent solar influence on North Atlantic climate during the Holocene », Science 294, 2130–2136 (2001) ; et Neff et al., « Strong coincidence between solar variability and the monsoon in Oman between 9 and 6 ky ago », Nature 411, 290–293 (2001).
Fig. 6. Les variations du flux de rayonnement cosmique des 12 000 dernières années sont mesurées grâce aux changements dans la quantité de carbone 14 produite. Ces fluctuations du rayonnement cosmique sont cohérentes avec les variations de la glaciation et de la fonte glaciaire dans l’océan Atlantique nord (mesurées grâce aux débris de délestage) ainsi qu’avec les variations des chutes de pluie dans la Péninsule Arabique. Graphiques adaptés de Bond et al., « Persistent solar influence on North Atlantic climate during the Holocene », Science 294, 2130–2136 (2001) ; et Neff et al., « Strong coincidence between solar variability and the monsoon in Oman between 9 and 6 ky ago », Nature 411, 290–293 (2001).

En résumé, nous avons des preuves que des facteurs critiques du système climatique terrestre évoluent en fonction de changements dans le flux de rayonnement cosmique – que ce soit sur des échelles temporelles de jours, d’années, de décennies, de siècles ou de millénaires – et ceci démontré par des études indépendantes.

Si l’on considère des échelles de temps plus longues, les cycles de transition entre les âges glaciaires et les périodes interglaciaires plus courtes apparaissent étroitement liés aux changements dans l’orbite de la Terre autour du Soleil ainsi qu’aux changements dans l’inclinaison et l’orientation de l’axe de rotation de la Terre – connus ensemble sous le nom de Cycles de Milankovitch.

Au cours du dernier million d’années, les cycles d’âge glaciaire ont eu la plus forte corrélation avec les changements de l’excentricité de l’orbite de la Terre autour du Soleil. Pour les deux millions d’années avant cela (d’il y a trois millions d’années à un million d’années), les variations du climat terrestre correspondent mieux aux changements d’inclinaison de l’axe de la Terre (figure 7).

Fig. 7. Sur le dernier million d’années, les changements de l’excentricité de l’orbite de la Terre autour du Soleil correspondent aux changements climatiques périodiques allant des âges glaciaires aux périodes interglaciaires relativement courtes.
Fig. 7. Sur le dernier million d’années, les changements de l’excentricité de l’orbite de la Terre autour du Soleil correspondent aux changements climatiques périodiques allant des âges glaciaires aux périodes interglaciaires relativement courtes.

Considérant des échelles de temps encore plus longues, on constate que des changements climatiques sur des dizaines et des centaines de millions d’années correspondent au mouvement de notre Système solaire à travers la galaxie – et sont probablement dus à de plus longues variations du flux de rayonnement cosmique.

Alors que les variations d’intensité du champ magnétique solaire modulent la quantité de rayonnement cosmique reçue sur Terre de l’ordre de 10 %, en différentes régions de la galaxie le Système solaire (et donc la Terre) peut connaître de plus grandes fluctuations de rayonnement cosmique – de l’ordre de 100 %.

En accord avec le travail de Svensmark et de ses associés, ce changement plus général du flux de rayonnement cosmique à l’échelle des temps géologiques devrait expliquer les changements climatiques à grande échelle. Et c’est exactement ce que montrent les relevés.

Au cours des derniers 540 millions d’années (la période du Phanérozoïque) le climat de la Terre évolue dans un sens et dans l’autre, quatre fois entre deux grands modes climatiques, glaciaire et chaud (Cycles d’environ 100 millions d’années).

Au cours des périodes chaudes il n’y a pas de glaciers continentaux sur Terre et les températures sont significativement plus hautes. Pendant les phases glaciaires le climat se refroidit et les glaciers s’étendent.

Nous sommes actuellement en phase glaciaire, avec une couche glaciaire sur l’Antarctique ayant commencé à se former il y a 34 millions d’années, la couche glaciaire de l’Arctique s’étant formée il y a seulement deux millions d’années.

En 2000 le scientifique Ján Veizer et ses associés ont montré que les quatre transitions réchauffement/glaciation au cours des derniers 500 millions d’années ne correspondent pas aux changements des niveaux de CO2, et en 2003 Veizer et Nir Shaviv ont montré que ces transitions climatiques correspondent aux périodes de passage du Système solaire au travers des bras spiraux de notre galaxie.

Ceci est cohérent avec le travail de Svensmark, car les bras spiraux de la galaxie sont supposés présenter de plus grandes concentrations de rayonnement cosmique, et nous voyons les quatre dernières périodes glaciaires de la Terre correspondre aux époques où l’on pense que le Système solaire traverse un bras spiral. Shaviv a même produit une preuve supplémentaire en examinant des météorites ferreuses, qui montrent des expositions à des niveaux plus élevés de rayonnement cosmique à des époques où le Système solaire est supposé avoir traversé les bras spiraux (ces météorites étaient alors encore en orbite dans l’espace interplanétaire, faisant partie d’un astéroïde)  [6].

Prises ensemble, les données de flux plus élevés de rayonnements cosmiques relevées sur les météorites ferreuses, correspondent à l’époque où l’on suppose que le Système solaire a traversé les bras spiraux de la galaxie (où l’on s’attend à plus de rayonnement cosmique), et tout cela correspond aux dernières périodes glaciaires sur Terre – en cohérence avec les travaux de Svensmark et de ses associés sur la relation entre le rayonnement cosmique et le climat via la formation des nuages.

Shaviv et Veizer ont montré que ce phénomène pourrait être responsable de la plupart des changements de température à grande échelle au cours des 500 derniers millions d’années (alors qu’on a vu le CO2 n’avoir que peu d’effet, voire aucun).

Plus récemment, Shaviv a aussi montré que des mesures de température des océans présentent une périodicité de 30 millions d’années, correspondant à la trajectoire oscillante de notre Système solaire au-dessus et au-dessous du plan de notre galaxie.

Quand le Système solaire est au-dessus ou au-dessous du plan de la galaxie, on pense que le flux de rayonnement cosmique baisse, et les relevés océaniques présentent des températures relativement plus élevées (en accord avec l’hypothèse de Svensmark) ; quand le Système solaire passe dans le plan galactique, on pense que le flux de rayonnement cosmique augmente, et les relevés océaniques présentent des températures relativement plus basses (en accord avec l’hypothèse de Svensmark) (figure 8).

Fig. 8. « Is the Solar System’s Galactic Motion Imprinted in the Phanerozoic Climate ? » Nir J. Shaviv, Andreas Prokoph & Jan Veizer, Nature Science Reports, August 21, 2014 ; and « The spiral structure of the Milky Way, cosmic rays, and ice age epochs on Earth » by Nir J. Shaviv, New Astronomy 8 (2003) 39–77.
Fig. 8. « Is the Solar System’s Galactic Motion Imprinted in the Phanerozoic Climate ? » Nir J. Shaviv, Andreas Prokoph & Jan Veizer, Nature Science Reports, August 21, 2014 ; and « The spiral structure of the Milky Way, cosmic rays, and ice age epochs on Earth » by Nir J. Shaviv, New Astronomy 8 (2003) 39–77.

En résumé, un nombre grandissant de faits indique que le flux de rayonnement cosmique joue un rôle majeur dans le changement climatique (en contrôlant des aspects essentiels de la formation des nuages).

Sur les périodes plus courtes que sont les jours, les années, les siècles et les millénaires, les variations d’intensité du champ magnétique du Soleil régulent le flux des rayonnements cosmiques atteignant la Terre ; et sur des échelles de temps plus longues, de dizaines de millions d’années à des centaines de millions d’années, les différents environnements galactiques où passe notre Système solaire ont une plus forte influence sur le flux de rayonnement cosmique.

Pour les époques intermédiaires, le facteur le plus important s’avère être lié aux changements de l’orbite et de l’axe oscillant de la Terre. Le changement climatique (sur toutes les échelles de temps) est dirigé par des processus cosmiques – non par le CO2.

En réalité, les connaissances réelles sur un sujet aussi important sont si faibles qu’il faut une prétention démesurée pour esquisser autre chose que des pistes et des hypothèses qui restent à valider, non pas par des « modélisations » par ordinateur, mais par des faits scientifiques indisputables.


[1« Response of cloud condensation nuclei (>50 nm) to changes in ion-nucleation » Henrik Svensmark, Martin B. Enghoff, Jens Olaf Pepke Pedersen, Physics Letters A, Volume 377, Issue 37, 8 November 2013, Pages 2343–2347.

[2« Multi-periodic climate dynamics : spectral analysis of long-term instrumental and proxy temperature records », H.-J. Lüdecke, A. Hempelmann, and C. O. Weiss, Climate of the Past, February 22, 2013. « Paleoclimate forcing by the solar De Vries/Suess cycle », H.-J. Lüdeckel, C. O. Weiss, and A. Hempelmann, Climate of the Past, February 12, 2015

[3« Cosmic Rays and Climate », Jasper Kirkby, Surveys in Geophysics, February 28, 2008

[4Bond, et al., « Persistent solar influence on North Atlantic climate during the Holocene » Science 294, 2130-2136 (2001) ; Kirkby, op cit.

[5Neff,et al., « Strong coincidence between solar variability and the monsoon in Oman between 9 and 6 ky ago » Nature 411, 290-293 (2001).

[6« Evidence for decoupling of atmospheric CO2 and global climate during the Phanerozoic eon » Ján Veizer, Yves Godderis, Louis M. François, Nature 408, 698-701 (7 December 2000). « Cosmic Ray Diffusion from the Galactic Spiral Arms, Iron Meteorites, and a Possible Climatic Connection ? » Physical Review Letters, vol. 89, Issue 5 (2002). Shaviv NJ, Veizer J (2003) « Celestial driver of Phanerozoic climate ? » GSA Today, Geol Soc Am 4–10

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  • Daniel • 23/01/2020 - 14:59

    La qualité des illustrations permet de bien voir comment cela se passe en remontant aux sources : beau travail !

    Répondre à ce message

  • GAUTHIER André • 18/01/2020 - 16:55

    Remarquable démonstration. Bravo.

    Répondre à ce message

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