Le rôle essentiel des volcans dans le refroidissement de la Terre au début du XIXe siècle

En appliquant une nouvelle technique analytique très originale sur les retombées de sulfate d'origine volcanique dans les précipitations de neige en Antarctique et au Groenland, une équipe franco-américaine vient de démontrer que les basses températures de la décennie la plus froide des derniers 500 ans (1810-1819) résultaient de la succession, à quelques années d'intervalle, de deux éruptions volcaniques majeures, dont l'une n'avait encore jamais été considérée dans les reconstructions climatiques. Ces travaux sont publiés dans la revue Geophysical Research Letters dont ils bénéficient des "Editor's highlights".

Indépendamment du forçage à long terme des gaz à effet de serre d'origine humaine, la température moyenne de la Terre peut fluctuer largement aux échelles de temps de quelques années. Divers mécanismes peuvent être à l'origine de telles fluctuations: variations de l'activité solaire, circulation océanique et événements de type El Nino ou La Nina dans l'océan Pacifique, éruptions volcaniques...

La Terre a ainsi connu des températures relativement froides durant la décennie 1810-1819, au point que cette décennie figure comme la plus froide des 500 dernières années selon les mesures instrumentales des derniers 150 ans et les reconstructions paléoclimatiques.

Une partie de ce refroidissement a été attribué à l'énorme éruption du volcan Tambora en Indonésie, en 1815. De telles éruptions cataclysmiques refroidissent en effet la planète car elles déversent d'importantes quantités de poussières et surtout de dioxyde de soufre dans la stratosphère (au-dessus de 15 km d'altitude). Alors que les poussières sont rapidement éliminées du fait de leur masse, à ces altitudes le dioxyde de soufre gazeux se transforme en gouttelettes d'acide sulfurique qui agissent comme un véritable parasol en réfléchissant la lumière solaire, i.e. en réduisant l'énergie, reçue au sol.

Cependant, si ce mécanisme permettait de justifier le coup de froid entre 1815 et 1819 par l'éruption du Tambora, il restait à expliquer le refroidissement terrestre observé à partir de 1810.

Afin d'étudier cette question, une équipe franco-américaine a mis au point une méthode d'analyse très originale des carottes de glace, qu'elle a appliquée aux strates datant du début du XIXe siècle de carottes forées au Groenland et en Antarctique.

Après avoir prélevé les quelques millionièmes de gramme de sulfate présents dans ces strates, les chercheurs ont réalisé une véritable microchirurgie moléculaire consistant à déterminer les proportions des quatre isotopes stables du soufre constituant le sulfate. Au sein des couches de glace datant de 1809-1810, ils ont observé une anomalie particulière dans les rapports de concentration entre ces isotopes. Or cette forme d'anomalie isotopique sur le soufre du sulfate ne peut résulter que de réactions chimiques se produisant au sein de la stratosphère après une éruption volcanique. Ils ont ainsi pu démontrer qu'une éruption volcanique cataclysmique, inconnue à ce jour, s'est produite au début de l'année 1809, probablement au niveau des Tropiques, et qu'elle a affecté le climat de manière globale.

Ces résultats confortent le rôle important joué par l'activité volcanique explosive dans la modulation du climat terrestre aux échelles de temps de quelques années. Étendues à des périodes de temps plus longues, ces mesures très innovantes vont permettre une nouvelle évaluation du forçage climatique dû aux volcans, notamment au cours du dernier millénaire, une information particulièrement importante comme donnée d'entrée des modèles climatiques, ceux-ci étant habituellement testés sur cette époque reculée.

Ces travaux ont bénéficié du soutien logistique et financier de la National Science Foundation américaine et de l'Institut Polaire Français Paul-Emile Victor (IPEV), ainsi que d'un soutien de l'INSU au travers de son programme LEFE.