Que sont les cycles de Milankovitch ?
Les cycles de Milankovitch décrivent comment des changements relativement légers dans le mouvement de la Terre affectent le climat de la planète. Les cycles portent le nom de Milutin Milankovitch, un astrophysicien serbe qui a commencé à rechercher la cause des anciennes périodes glaciaires de la Terre au début des années 1900, selon le Musée américain d’histoire naturelle (AMNH).
La Terre a connu ses périodes glaciaires les plus récentes à l’époque du Pléistocène, qui a duré de 2,6 millions d’années à 11 700 ans. Pendant des milliers d’années à la fois, même les régions les plus tempérées du globe ont été recouvertes de glaciers et de calottes glaciaires, selon le Musée de paléontologie de l’Université de Californie.
Pour déterminer comment la Terre a pu connaître des changements climatiques aussi vastes au fil du temps, Milankovitch a intégré des données sur les variations de la position de la Terre avec la chronologie des périodes glaciaires du Pléistocène. Il a étudié les variations de la Terre au cours des 600 000 dernières années et a calculé les quantités variables de rayonnement solaire dues à l’évolution des paramètres orbitaux de la Terre. Ce faisant, il a pu établir un lien entre les quantités plus faibles de rayonnement solaire dans les hautes latitudes nord et les précédentes périodes glaciaires européennes, selon l’AMNH.
Les calculs et les graphiques de Milankovitch, qui ont été publiés dans les années 1920 et sont encore utilisés aujourd’hui pour comprendre le climat passé et futur, l’ont amené à conclure qu’il existe trois cycles positionnels différents, chacun avec sa propre longueur de cycle, qui influencent le climat sur Terre : l’excentricité de l’orbite de la Terre, l’inclinaison axiale de la planète et l’oscillation de son axe.
Excentricité
La Terre tourne autour du soleil selon une forme ovale appelée ellipse, avec le soleil à l’un des deux points focaux (foci). L’ellipticité est une mesure de la forme de l’ovale et est définie par le rapport entre le demi-grand axe (la longueur du petit axe de l’ellipse) et le demi-grand axe (la longueur du grand axe de l’ellipse), selon l’université de Swinburne. Un cercle parfait, où les deux foyers se rencontrent au centre, a une ellipticité de 0 (faible excentricité), et une ellipse qui est écrasée pour devenir presque une ligne droite a une excentricité de près de 1 (forte excentricité).
L’orbite de la Terre change légèrement son excentricité au cours de 100 000 ans, passant de près de 0 à 0,07 et inversement, selon l’Observatoire de la Terre de la NASA. Lorsque l’orbite de la Terre a une excentricité plus élevée, la surface de la planète reçoit 20 à 30 % de rayonnement solaire en plus lorsqu’elle se trouve au périhélie (la distance la plus courte entre la Terre et le soleil à chaque orbite) que lorsqu’elle se trouve à l’aphélie (la distance la plus grande entre la Terre et le soleil à chaque orbite). Lorsque l’orbite de la Terre a une faible excentricité, il y a très peu de différence dans la quantité de rayonnement solaire reçue entre le périhélie et l’aphélie.
Aujourd’hui, l’excentricité de l’orbite de la Terre est de 0,017. Au périhélie, qui se produit vers le 3 janvier de chaque année, la surface de la Terre reçoit environ 6 % de plus de rayonnement solaire qu’à l’aphélie, qui se produit vers le 4 juillet.
Inclinaison axiale
L’inclinaison de l’axe de la Terre par rapport au plan de son orbite est la raison pour laquelle nous connaissons des saisons. De légères variations de l’inclinaison modifient la quantité de rayonnement solaire qui tombe sur certains endroits de la Terre, selon l’Université d’Indiana Bloomington. Au cours d’environ 41 000 ans, l’inclinaison de l’axe de la Terre, également appelée obliquité, varie entre 21,5 et 24,5 degrés.
Lorsque l’axe est à son inclinaison minimale, la quantité de rayonnement solaire ne change pas beaucoup entre l’été et l’hiver pour une grande partie de la surface de la Terre et, par conséquent, les saisons sont moins sévères. Cela signifie que l’été aux pôles est plus frais, ce qui permet à la neige et à la glace de persister tout au long de l’été et en hiver, pour finir par s’accumuler en d’énormes couches de glace.
Aujourd’hui, la Terre est inclinée de 23,5 degrés, et diminue lentement, selon EarthSky.
Précession
La Terre oscille juste légèrement lorsqu’elle tourne sur son axe, de la même manière que lorsqu’une toupie commence à ralentir. Cette oscillation, connue sous le nom de précession, est principalement causée par la gravité du soleil et de la lune tirant sur les renflements équatoriaux de la Terre. L’oscillation ne modifie pas l’inclinaison de l’axe de la Terre, mais son orientation change. Sur environ 26 000 ans, la Terre oscille sur un cercle complet, selon l’Université d’État de Washington.
En ce moment, et depuis plusieurs milliers d’années, l’axe de la Terre pointe plus ou moins vers le nord, vers Polaris, aussi appelée l’étoile polaire. Mais l’oscillation précessionnelle graduelle de la Terre signifie que Polaris n’est pas toujours l’étoile polaire. Il y a environ 5 000 ans, la Terre pointait davantage vers une autre étoile, appelée Thubin. Et, dans environ 12 000 ans, l’axe aura parcouru un peu plus son cercle de précession et pointera vers Véga, qui deviendra la prochaine étoile polaire.
Lorsque la Terre accomplit un cycle de précession, l’orientation de la planète est modifiée par rapport au périhélie et à l’aphélie. Si un hémisphère est dirigé vers le soleil pendant le périhélie (distance la plus courte entre la Terre et le soleil), il sera dirigé vers l’extérieur pendant l’aphélie (distance la plus grande entre la Terre et le soleil), et l’inverse est vrai pour l’autre hémisphère. L’hémisphère qui pointe vers le soleil pendant le périhélie et qui s’en éloigne pendant l’aphélie connaît des contrastes saisonniers plus extrêmes que l’autre hémisphère.
À l’heure actuelle, l’été de l’hémisphère sud se produit près du périhélie et l’hiver près de l’aphélie, ce qui signifie que l’hémisphère sud connaît des saisons plus extrêmes que l’hémisphère nord.