Impact des variations de l'insolation et du CO2 atmosphérique sur l'évolution passée et future des calottes de glace

par Stefano Bonelli

Thèse de doctorat en Sciences de la terre

Sous la direction de Gilles Ramstein et de Sylvie Charbit.

Soutenue en 2009

à Versailles-St Quentin en Yvelines .


  • Résumé

    La communauté scientifique s’intéresse depuis longtemps à la compréhension du système climatique terrestre. Ce système se caractérise par une grande complexité, due aux interactions entre ses nombreuses composantes (atmosphère, océans, biosphère, lithosphère et cryosphère) opérant à différentes échelles de temps. A ces interactions se rajoute maintenant une forte pression anthropique, capable de modifier l’état du climat, ainsi que l’amplitude et la fréquence de ces variations naturelles. Un des moyens d’étudier et de comprendre les changements climatiques en cours consiste à analyser les variations passées. Ceci permet d’établir des confrontations avec d’autres périodes et transitions de l’histoire de la Terre, ainsi que de tester les résultats des modèles dans des contextes paléo-climatiques contraints par les données. En effet, le climat de la Terre est depuis toujours sujet à des variations. En particulier, le basculement vers des états froids du système (glaciaires) ou, inversement, vers des périodes plus chaudes (interglaciaires) a été l’un des faits marquants des trois derniers millions d’années, connu sous le nom de cycles glaciaires-interglaciaires et amplement documenté par de nombreux marqueurs climatiques (sédiments marins, carottes de glace, enregistrements continentaux). Comprendre les transitions des climats interglaciaires vers les climats glaciaires à l’aide d’un modèle couplé climat-calottes pour différentes échelles de temps (échelle géologique, échelle de temps de Milankovitch et projections futures) constitue l’objectif fondamental de cette thèse. Chacune de ces questions scientifiques est caractérisée par des mécanismes et rétroactions différents. Ce travail de modélisation représente une étape importante dans l’étude de la variabilité lente du climat. Notre analyse est structurée autour de trois axes de recherche correspondants à des périodes différentes de l’histoire de la Terre. Un premier volet est consacré à l’étude de l’englacement de l’Antarctique au Cénozoïque; ceci nous a permis de mettre en évidence les liens complexes entre forçages en gaz à effet de serre, tectonique des plaques (avec notamment l’ouverture du Passage de Drake entre Atlantique et Pacifique sud), climat global et mise en place de la calotte Antarctique. Un deuxième volet est dédié aux interactions climat-calottes à l’échelle de temps de Milankovitch, nous permettant d’obtenir la première simulation “transitoire” du dernier cycle glaciaire-interglaciaire effectuée avec un modèle climatique couplé à un modèle 3D de calottes. La dernière partie de cette thèse est consacrée à l’étude de l’évolution future des calottes polaires, dans le but de reproduire la prochaine entrée en glaciation en l’absence de perturbation anthropique, et d’évaluer les effets des différents scénarios d’émission sur cette transition: aura-t-elle lieu? Sera-t-elle décalée, et de combien? Enfin, cette thèse nous aura permis d’illustrer sur des échelles de temps très différentes l’efficacité et les limites du modèle couplé et offre ainsi de nouvelles perspectives pour l’étude des relations climat-calottes.

  • Titre traduit

    Impact of insolation and atmospheric CO2 variations on past and future evolution of major ice-sheets


  • Résumé

    Better understanding the Earth’s climate system is a major issue for the scientific community. The climate system is characterized by a high degree of complexity, due to the numerous interactions between its various components (i. E. Atmosphere, oceans, biosphere, lithosphere and cryosphere), operating at different timescales. Furthermore, the anthropogenic pressure has also to be considered in a comprehensive description of the climate system, since it is capable of modifying its state, as well as the amplitude and frequency of the natural variability. The study of past climatic variations represents a primary means to understand the ongoing climate change: on the one hand, it allows direct comparison with previous warm episodes, and, on the other, it is useful to validate climate models for paleo-climatic conditions fully different from the present day ones, yet well-constrained by data-sets. Indeed, the Earth’s climate has always been characterized by changes; the transitions between “cold” states (glacial periods) and “warm” ones (interglacials), and vice versa, have been a major feature of the system for the last three million years. These changes are better known as glacial-interglacial cycles, and their existence is recorded in many climatic archives (i. E. Sea sediments, ice cores, continental records). The main goal of this thesis is to better understand the transition from interglacial periods to glacial ones for different timescales (geological timescale, Milankovitch timescale and future projections), by using a fully coupled climate-ice sheet model. Our work represents a step forward in the study of “low frequency” climate variability. We have tested the model performances for three different case studies, corresponding to different periods of the Earth’s history. The first part of this thesis is focused on the study of the Cenozoic glaciation of Antarctica, which enables us to pinpoint the complex links between atmospheric CO2 concentration, tectonics (i. E. The opening of the Drake Passage), global climate and the inception of the Antarctic ice sheet 34 Ma ago. The second part deals with climate-ice sheets interactions at the Milankovitch timescale, and provides a “transient” simulation of the last glacial-interglacial cycle. Finally, the third part is dedicated to the future ice sheet evolution, focusing on the next glacial inception, and on how this transition might be affected by anthropogenic activity. Our approach covers the range of applicability of the coupled model, thus highlighting its strengths, but also its major limitations, and offers new insights for the ongoing studies on the links between climate and ice sheets.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (201 f.)
  • Annexes : Bibliogr. f. 183-201.

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  • Bibliothèque : Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines. Direction des Bibliothèques et de l'Information Scientifique et Technique-DBIST. Bibliothèque universitaire Sciences et techniques.
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  • Cote : 551.6 BON
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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : T090054
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