Quel temps faisait-il, il y a 20’000 ans ?

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Pendant le dernier maximum glaciaire, il y a environ 20’000 ans, il faisait froid. Mais à quel point ? Actuellement, les estimations de la température moyenne de l’air en surface varient pour cette période de -1,8 à -8 °C par rapport à aujourd’hui. Ce qui reste peu précis. Développer une méthode applicable globalement (à toute latitude et à toute altitude) pour estimer les températures du passé, c’est l’ambition de Christoph Schmidt et Georgina King dans un nouveau projet FNS, qui débute le 1er juillet 2022.

Une méthode « globale » – de la Lune au pied du Mont-Blanc

Cette méthode se base sur un matériel presque omniprésent : le quartz et le feldspath. L’idée a été introduite pour la première fois dans les années 1960 pour des applications terrestres, puis dans les années 1970 pour les échantillons lunaires de la mission Apollo 12. Elle n’a été relancée et développée que récemment, notamment grâce à un groupe de la FGSE : Frédéric Herman et Rabiul Biswas (aujourd’hui professeur en Inde) y ont en effet consacré beaucoup d’efforts et de temps. « Ils l’ont développée au point qu’il nous est maintenant possible de nous baser sur elle et d’essayer de l’appliquer à plus grande échelle » précise Christoph Schmidt. « Il reste des questions ouvertes et des problèmes auxquels nous devons faire face, mais nous avons des idées sur la façon de les surmonter ». Cette méthode pourra s’appliquer à toutes les régions du monde où ces minéraux sont présents, et pourquoi pas, à d’autres planètes !

La trace des paléotempératures piégée dans les minéraux

Reconstruire les températures du passé, comment est-ce possible ? Le quartz et le feldspath piègent des électrons générés par le rayonnement environnemental. L’équipe exploite le fait que la charge piégée dans ces minéraux dépend de la température ambiante. Dans la machine à luminescence (visible sur la vidéo), l’échantillon est exposé à la chaleur ou à la lumière, ce qui déclenche la libération du signal de luminescence. Un dispositif très sensible, le photomultiplicateur, est alors capable d’enregistrer des photons individuels libérés par le minéral – à un niveau de lumière invisible pour l’œil humain. 

Nous essayons de mesurer le niveau relatif du signal en réponse à deux processus concurrents : rayonnement et température. Nous pourrons ainsi trouver l’histoire thermique qui explique le mieux le signal que nous observons expérimentalement

Christoph Schmidt
L’un des principaux défis est de caractériser le comportement des échantillons de quartz et de feldspath avec précision. Pour pouvoir extrapoler les observations en laboratoire à une échelle de temps plus grande, il s’agit en effet d’être aussi précis que possible. Car de petites imprécisions vont sérieusement affecter une extrapolation dans le passé lointain.

Notre objectif est de reconstruire la température absolue de différentes périodes de temps, de 30 à 40’000 ans à des échelles de temps plus courtes. Mais cette méthode aura d’autres utilisations possibles : par exemple estimer la température subie par une roche pendant une éruption volcanique ou tout autre type de catastrophe thermique.

Christoph Schmidt

Il y a 20’000 ans, de l’équateur au Grand Nord

Reconstruire la série temporelle de température absolue, du dernier maximum glaciaire à nos jours, est une chose. Or, l’équipe ambitionne de couvrir également un gradient latitudinal aussi large que possible. « Nous commençons en Norvège, par l’endroit le plus au nord qui n’était pas recouvert par un glacier pendant la dernière période glaciaire – sachant que comme c’est la température de l’air qui nous intéresse, la roche (ndlr: et donc les minéraux qu’elle contient) doit avoir été au contact de l’air. Au point le plus au sud, près de l’équateur, nous irons sur les monts Ruwenzori en Ouganda. C’est le seul massif montagneux non volcanique d’Afrique centrale, ce qui ne nous laisse pas trop le choix ! L’origine non volcanique est importante, car les échantillons volcaniques présentent des propriétés de luminescence très spéciales que nous essayons d’éviter. »

Monts Ruwenzori, Ouganda (© Martin Mwaura | Dreamstime.com)
Mont-Blanc, France (© Christoph Schmidt)

Deux massifs, l’un dans les tropiques l’autre en région tempérée vont permette d’estimer à quel point l’air se refroidissait en fonction de l’altitude durant la dernière période glaciaire (il y a 26 500 à 19 000 ans). Ce gradient adiabatique, de 1000 à 4000 m, est une information importante pour modéliser le climat atmosphérique. Le gradient thermique adiabatique est la variation de la température de l’air en fonction de l’altitude, liée à la seule pression atmosphérique.

Reconstruire les températures du passé, pour mieux connaitre l’avenir ?

La connaissance des températures passées de l’air de surface en fonction de la latitude et de l’altitude est essentielle pour comprendre les oscillations climatiques de la Terre et la circulation atmosphérique. Dans le contexte du réchauffement climatique, c’est un élément clé pour esquisser les scénarios futurs. Ces données de température servent de paramètres d’entrée cruciaux pour évaluer les modèles climatiques et tenter de déterminer la sensibilité du climat. « Ces informations peuvent être intégrées dans des modèles climatiques qui nous renseigneront sur notre avenir sur cette planète, c’est-à-dire sur la température qui régnera dans les 50 ou 100 prochaines années. »

Il n’y avait personne avec un thermomètre il y a 20’000 ans. Nous essayons donc d’extraire cette information des roches pour les transmettre aux climatologues.

Georgina King

Référence bibliographique

  • Biswas, R.H., Herman, F., King, G.E., Lehmann, B., Singhvi, A.K., 2020. Surface paleothermometry using low-temperature thermoluminescence of feldspar. Climate of the Past 16, 2075-2093.
    doi.org/10.5194/cp-16-2075-2020

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