Si l’on vous demande ce qui caractérise les deux derniers siècles par rapport aux époques précédentes, vous répondrez sans doute : la hausse sans précédent de la concentration atmosphérique des gaz à effet de serre. Normal, vous êtes informé par la litanie médiatique issue des travaux du GIEC et de son obsession carbonique. Pourtant, les derniers siècles sont également exceptionnels pour une tout autre raison : la plus forte activité solaire jamais notée depuis 11.000 ans, en hausse constante depuis la sortie du Petit Âge Glaciaire des XVIIe et XVIIIe siècles. Dans la mesure où le Soleil est la centrale énergétique de la Terre, on se doute que cette hausse n’est pas sans effet sur le climat. Synthèse de quelques études récentes à ce sujet.
Les tâches solaires sont des zones sombres sur la surface de notre étoile (la photosphère). Elles sont moins chaudes que les zones environnantes (de 1500 à 2000 °K environ), mais témoignent d’une activité magnétique plus intense, identifiée en 1908 par G.H. Hale. Ces tâches connaissent un cycle à peu près régulier de 11 ans (cycle de Schwabe, 1843). Le prochain minimum du cycle en cours est situé en 2007. Bien que les tâches soient plus sombres, leur pourtour est plus lumineux et, dans l’ensemble, plus les tâches solaires sont intenses, plus l’activité magnétique et thermique de notre étoile est intense.
Les tâches solaires sont observées de longue date par les astronomes chinois, avec de premières mentions systématiques vers le début de l’ère chrétienne. En Europe, leur observation commence avec Jean et David Fabricius, puis Galilée vers 1611-1612. On dispose depuis cette date de séries longues, d’autant plus complètes et précises que l’on se rapproche de notre époque. L’observatoire de Zurich a commencé une mesure quotidienne en 1749. On trouve aujourd’hui un index complet des activités solaires sur le site du SIDC (Solar Influences Data Analysis Center, Observatoire royal de Belgique).
Comment évaluer les tâches solaires avant les observations directes ? Deux méthodes sont utilisées. L’une analyse les variations du carbone 14 (C14) dans les anneaux de croissance des arbres (Solanki 2004). L’autre consiste à mesurer la présence de béryllium-10 (10Be) dans les forages glaciaires de l'Arctique et de l'Antarctique. Ce nucléide est produit par les réactions de l'azote et de l'oxygène au rayonnement cosmique (Usoskin 2003).
Une première reconstruction de l’activité solaire du dernier millénaire a été publiée par Ilya Usoskin et al. en 2003, à l’aide du 10Be (graphique ci-dessous extrait de Usoskin 2003). Les auteurs soulignent dans ce papier que « la période de forte activité solaire des 60 dernières années est unique à travers les 1150 années étudiées ».
Une autre étude, parue l’année suivante dans Nature, a remonté 11.000 années d’activité solaire, sur la base du C14. Cette analyse a elle aussi conclu à une « activité inhabituelle du soleil au cours des six dernières décennies comparativement aux 11.000 années passées » (Solanki 2004). Le schéma ci-dessous montre les variations de l’activité solaire sur cette période.
Il a été objecté à ces premières reconstructions que l’activité du champ magnétique terrestre présente elle aussi de légères variations, et qu’elle est en cela susceptible d’altérer les effets du rayonnement solaire (Korte 2005). Useskin et al. ont récemment refait leur calcul sur les 7000 dernières années, en prenant en compte cette objection (Usoskin 2006). Le tableau ci-desous montre qu’elle ne modifie pas sensiblement leurs conclusions (en a) variations du champ magnétique terrestre ; en b) variations du C14 des anneaux de croissance ; en c) reconstruction des tâches solaires, en traits pointillés avec variations géomagnétiques, en traits continus sans).
Que conclure ?
On affirme souvent que le seul trait caractéristique de l’époque moderne est l’augmentation sans précédent de la concentration atmosphérique des gaz à effet de serre. Et on en déduit que le réchauffement récent est très probablement dû à ces gaz. Les travaux paléoclimatiques sur les tâches solaires montrent que notre époque présente au moins une autre caractéristique exceptionnelle : une activité magnétique et thermique du soleil sans précédent depuis le début du Holocène, voici 10.000 ans.
Les effets du soleil sur le climat sont loin d’être tous bien compris. Voici encore peu, on parlait de la « constante » solaire en croyant que le bilan radiatif de notre étoile au sommet de l’atmosphère ne changeait pas. On sait aujourd’hui qu’il n’en est rien. Au moins la moitié du réchauffement récent pourrait être expliquée par les variations à la hausse de l’activité solaire et certains chercheurs considèrent que les modèles climatiques actuels minimisent considérablement ce facteur au profit des gaz à effet de serre (voir sur ce site l’entretien avec Nicola Scafeta).
Qui plus est, les variations thermiques de l’irradiance solaire totale ne racontent qu’une petite partie de l’histoire. Les changements climatiques les plus notables sont associés aux variations de l’insolation effective, qui dépend entre autres de la nébulosité. On a montré récemment que les évolutions de cette insolation effective au cours de la période 1990-2002 ont pu représenter en 20 ans un forçage radiatif 1,3 à 2,3 fois supérieur à celui de tous les gaz à effet de serre depuis le début de l’ère industrielle (voir notre article à ce sujet). Enfin, l’analyse des changements de la magnétosphère sous l’effet du rayonnement solaire et cosmique n’en est qu’à son enfance, de sorte qu’on ne peut nullement exclure des influences à court et long termes sur la circulation atmospéhrique et le climat terrestre.
Références
Korte M., C.G. Constable (2005), The geomagnetic dipole moment oer the last 7000 years. New results from a global model, Earth Planet. Sci. Lett., 236, 348-358.
Solanki S.K. et al. (2004), Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11.000 years, Nature, 431, 1084-1087.
Usoskin I.G. et al. (2003), Millenium-scale sunspot nimber reconstruction : Evidence for an unusually active sun since the 1940s, Phys. Rev. Lett., 91, 21, 211101-1/4.
Usoskin I.G. et al. (2006), Solar activity reconstructed over the last 7000 years : The influence of geomagnetic field changes, Geoph. Res. Lett., 33, L08103.
Les tâches solaires sont des zones sombres sur la surface de notre étoile (la photosphère). Elles sont moins chaudes que les zones environnantes (de 1500 à 2000 °K environ), mais témoignent d’une activité magnétique plus intense, identifiée en 1908 par G.H. Hale. Ces tâches connaissent un cycle à peu près régulier de 11 ans (cycle de Schwabe, 1843). Le prochain minimum du cycle en cours est situé en 2007. Bien que les tâches soient plus sombres, leur pourtour est plus lumineux et, dans l’ensemble, plus les tâches solaires sont intenses, plus l’activité magnétique et thermique de notre étoile est intense.
Les tâches solaires sont observées de longue date par les astronomes chinois, avec de premières mentions systématiques vers le début de l’ère chrétienne. En Europe, leur observation commence avec Jean et David Fabricius, puis Galilée vers 1611-1612. On dispose depuis cette date de séries longues, d’autant plus complètes et précises que l’on se rapproche de notre époque. L’observatoire de Zurich a commencé une mesure quotidienne en 1749. On trouve aujourd’hui un index complet des activités solaires sur le site du SIDC (Solar Influences Data Analysis Center, Observatoire royal de Belgique).
Comment évaluer les tâches solaires avant les observations directes ? Deux méthodes sont utilisées. L’une analyse les variations du carbone 14 (C14) dans les anneaux de croissance des arbres (Solanki 2004). L’autre consiste à mesurer la présence de béryllium-10 (10Be) dans les forages glaciaires de l'Arctique et de l'Antarctique. Ce nucléide est produit par les réactions de l'azote et de l'oxygène au rayonnement cosmique (Usoskin 2003).
Une première reconstruction de l’activité solaire du dernier millénaire a été publiée par Ilya Usoskin et al. en 2003, à l’aide du 10Be (graphique ci-dessous extrait de Usoskin 2003). Les auteurs soulignent dans ce papier que « la période de forte activité solaire des 60 dernières années est unique à travers les 1150 années étudiées ».
Une autre étude, parue l’année suivante dans Nature, a remonté 11.000 années d’activité solaire, sur la base du C14. Cette analyse a elle aussi conclu à une « activité inhabituelle du soleil au cours des six dernières décennies comparativement aux 11.000 années passées » (Solanki 2004). Le schéma ci-dessous montre les variations de l’activité solaire sur cette période.
Il a été objecté à ces premières reconstructions que l’activité du champ magnétique terrestre présente elle aussi de légères variations, et qu’elle est en cela susceptible d’altérer les effets du rayonnement solaire (Korte 2005). Useskin et al. ont récemment refait leur calcul sur les 7000 dernières années, en prenant en compte cette objection (Usoskin 2006). Le tableau ci-desous montre qu’elle ne modifie pas sensiblement leurs conclusions (en a) variations du champ magnétique terrestre ; en b) variations du C14 des anneaux de croissance ; en c) reconstruction des tâches solaires, en traits pointillés avec variations géomagnétiques, en traits continus sans).
Que conclure ?
On affirme souvent que le seul trait caractéristique de l’époque moderne est l’augmentation sans précédent de la concentration atmosphérique des gaz à effet de serre. Et on en déduit que le réchauffement récent est très probablement dû à ces gaz. Les travaux paléoclimatiques sur les tâches solaires montrent que notre époque présente au moins une autre caractéristique exceptionnelle : une activité magnétique et thermique du soleil sans précédent depuis le début du Holocène, voici 10.000 ans.
Les effets du soleil sur le climat sont loin d’être tous bien compris. Voici encore peu, on parlait de la « constante » solaire en croyant que le bilan radiatif de notre étoile au sommet de l’atmosphère ne changeait pas. On sait aujourd’hui qu’il n’en est rien. Au moins la moitié du réchauffement récent pourrait être expliquée par les variations à la hausse de l’activité solaire et certains chercheurs considèrent que les modèles climatiques actuels minimisent considérablement ce facteur au profit des gaz à effet de serre (voir sur ce site l’entretien avec Nicola Scafeta).
Qui plus est, les variations thermiques de l’irradiance solaire totale ne racontent qu’une petite partie de l’histoire. Les changements climatiques les plus notables sont associés aux variations de l’insolation effective, qui dépend entre autres de la nébulosité. On a montré récemment que les évolutions de cette insolation effective au cours de la période 1990-2002 ont pu représenter en 20 ans un forçage radiatif 1,3 à 2,3 fois supérieur à celui de tous les gaz à effet de serre depuis le début de l’ère industrielle (voir notre article à ce sujet). Enfin, l’analyse des changements de la magnétosphère sous l’effet du rayonnement solaire et cosmique n’en est qu’à son enfance, de sorte qu’on ne peut nullement exclure des influences à court et long termes sur la circulation atmospéhrique et le climat terrestre.
Références
Korte M., C.G. Constable (2005), The geomagnetic dipole moment oer the last 7000 years. New results from a global model, Earth Planet. Sci. Lett., 236, 348-358.
Solanki S.K. et al. (2004), Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11.000 years, Nature, 431, 1084-1087.
Usoskin I.G. et al. (2003), Millenium-scale sunspot nimber reconstruction : Evidence for an unusually active sun since the 1940s, Phys. Rev. Lett., 91, 21, 211101-1/4.
Usoskin I.G. et al. (2006), Solar activity reconstructed over the last 7000 years : The influence of geomagnetic field changes, Geoph. Res. Lett., 33, L08103.
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