De la fin des dinosaures à aujourd’hui, une histoire des records de CO₂

C’est une de ces études qui donnent le vertige. L’article scientifique publié dans Science le 8 décembre retrace l’histoire de la concentration en dioxyde de carbone dans l’atmosphère terrestre au cours des 66 derniers millions d’années. Soit jusqu’aux portes du Crétacé, qui marque la fin du règne des dinosaures sur Terre.

Ce travail de fond, qui aura duré 7 ans, a rassemblé quatre-vingt chercheurs de seize nationalités au sein du consortium CenCO₂PIP (The Cenozoic Carbon dioxide Proxy Integration Project). Il ne se fonde pas sur de nouvelles études de terrain mais sur une revue scrupuleuse des données existantes, pour en retenir les plus fiables. Il en ressort une base de données inédite, qui renforce et affine notre compréhension du lien entre CO₂ et climat. Et nous offre quelques leçons, loin d’être rassurantes, pour le futur.

Des rhinocéros en France

Le lien confirmé au fil des âges entre la teneur en CO₂ dans l’atmosphère, mesuré en parties par million (ppm) et climat planétaire, permet de prendre conscience des ordres de grandeur et de l’ampleur des changements aujourd’hui provoqués par les émissions anthropiques de carbone.

En 2023, nous devrions ainsi atteindre la valeur de 419 ppm. Le premier graphique ci-dessous résume les niveaux de CO₂ mis à jour par la nouvelle étude de Science. Il montre que la Terre n’avait plus connu pareille teneur en CO₂ depuis au moins 14 millions d’années, soit depuis bien plus longtemps que les précédentes estimations (3 à 5 millions d’années).

Le CO₂ qui devrait continuer de s’accumuler dans les prochaines décennies nous emmènera rapidement vers les 480 ppm, équivalent à ce qui flottait dans l’air au cœur de l’optimum du Miocène, il y a 16 millions d’années. À cette époque, la Terre était plus chaude de 4 à 8 °C qu’aujourd’hui, des chameaux et des rhinocéros arpentaient les terres de la France actuelle et de vastes forêts recouvraient le Groenland.

Plus vertigineuse encore est la vitesse à laquelle nous avons retrouvé ces concentrations ancestrales de CO₂. Tout à droite de la courbe, le trait surmonté d’un rond rouge représente le niveau actuel mais l’épaisseur du trait est déjà bien trop large pour représenter le bond réalisé par le CO₂ en à peine 200 ans.

« De ce que nous en savons, le taux actuel d’émission de CO₂ et de réchauffement n’a été dépassé qu’une seule fois : lors de l’impact de la météorite qui a anéanti les dinosaures il y a 66 millions d’années », commente Bärbel Hönisch, paléoclimatologue à l’université Columbia de New York et co-autrice de l’étude.

L’autre moment où la courbe de CO₂ peut être plus ou moins comparée au bond vertical actuel, c’est lors du passage du Paléocène à l’Éocène, il y a 56 millions d’années. « Un relâchement soudain de CO₂ a eu lieu, dont la cause est toujours débattue : c’est soit lié à l’activité volcanique, à la fonte d’hydrates de méthane et/ou à la combustion de dépôts organiques fossiles [notamment la tourbe du Groenland qui aurait pu brûler à cause de l’intrusion de lave]. Ce relâchement a provoqué un réchauffement global de 5 à 9 °C, une acidification des océans similaire à ce qu’on prévoit pour la fin du siècle et l’extinction et l’évolution d’espèces dans les océans et sur terre. Mais ce CO₂ fut probablement relâché sur 3 000 à 5 000 ans, soit dix fois plus lentement que ce qu’on provoque aujourd’hui », souligne la chercheuse. Qui précise, en outre, qu’il a fallu ensuite environ 150 000 ans à la planète pour neutraliser tout ce CO₂.

De l’air dans la glace

Pour insister sur l’inédite vitesse des changements engendrés actuellement par notre société industrielle, nous avons reproduit ci-dessous la même évolution du CO₂ atmosphérique, mais sur les 800 000 dernières années seulement, en se basant sur les données du dernier rapport du Giec.

Ces courbes sont plus précises car les scientifiques ont pu mesurer directement ce que contenait l’air de ces époques, emprisonné sous forme de petites bulles dans les carottes de glace forées notamment autour des bases antarctiques. À l’inverse, les données concernant les 66 millions d’années précédentes sont issues de divers « proxies », très utiles mais aux données plus parcellaires : des fossiles végétaux et minéraux dont la capacité à absorber le CO₂ renseigne sur l’abondance de ce dernier dans l’air. La résolution temporelle du graphique ci-dessus n’est ainsi que de 500 000 ans : c’est l’intervalle entre deux points de la courbe.

La courbe bien plus précise des 800 000 dernières années, ci-dessous, montre l’évolution cyclique du taux de CO₂ : celle-ci est parfaitement corrélée avec les cycles glaciaires et interglaciaires qu’a alors connu la Terre, démontrant la corrélation entre la présence de ce gaz à effet de serre et le climat global.

Entre une période glaciaire et une période interglaciaire, le CO₂ passe environ de 180 ppm à 280 ppm en moyenne. Un écart si petit (nous sommes depuis déjà monté à 419 ppm), qui engendre pourtant des différences colossales : il faisait jusqu’à 6 °C de moins lors du dernier maximum glaciaire, il y a 21 000 ans, la mer a baissé jusqu’à 120 mètres sous son niveau actuel et un glacier d’une épaisseur atteignant un kilomètre recouvrait le nord de l’Angleterre, de l’Irlande et de l’Allemagne…

Doublement inquiétant

S’il est bien sûr impossible de transposer directement ces changements passés sur ce qui nous attend, la question centrale qui occupe les climatologues depuis des décennies, est : que se passera-t-il si l’on double la concentration de CO₂ dans l’air, par rapport à l’ère pré-industrielle ?

Question d’autant plus pressante que le scénario médian d’émissions de gaz à effet de serre, celui vers lequel les engagements actuels des États nous emmène, conduirait selon le Giec à 600 ppm en 2100, soit plus que ce doublement, ainsi que le montre le graphique ci-dessous.

Les données compilées par le consortium autour de cette nouvelle étude permettent d’étayer et d’affiner les modèles des climatologues. Ce qui est rassurant — pour la science, pas pour notre avenir —, c’est que les tendances actées par les rapports du Giec pour 2100 en sortent confirmées. Les chercheurs anticipent un réchauffement compris entre 1,5 °C et 4,5 °C d’ici 2100 en cas de doublement de la concentration en CO₂.

Le résultat plus surprenant vient des effets à long terme. Pour ce même doublement de CO₂, le réchauffement pourrait se poursuivre et atteindre, au bout de plusieurs siècles, voire millénaires, 5 °C à 8 °C de plus qu’avant l’ère industrielle.

« Il faut bien différencier deux notions climatiques, explique Thomas Chalk, chargé de recherche au Centre européen de recherche et d’enseignement des géosciences de l’environnement, à Aix-en-Provence et co-auteur de l’étude. D’une part, ce qu’on appelle la sensibilité climatique à l’équilibre (ECS), qui inclut les réponses rapides du climat, responsables de ce qu’il sera en 2100. Et d’autre part la sensibilité du système terrestre (ESS), qui intègre des boucles de rétroaction plus lentes, comme l’inertie de l’océan très profond, le changement d’albédo, la fonte des grandes calottes glaciaires notamment. »

Les données issues des 66 millions d’années passées montrent que le doublement du CO₂ influence drastiquement l’ESS sur des milliers d’années. Mais aussi que ces mécanismes sont très complexes et difficiles à anticiper.

« On voit que la sensibilité du système ne dépend pas linéairement du CO₂. Il y a parfois un plateau dans le réchauffement puis une hausse brutale. L’évolution des grands glaciers, de l’océan et de la végétation, qui changent la manière dont est réfléchie l’énergie solaire (le développement d’une forêt, très sombre et qui absorbe beaucoup de chaleur, par rapport à un désert, par exemple), sont trois facteurs d’influence majeurs à prendre en compte », détaille Thomas Chalk.

Cette inertie souligne aussi que nos émissions actuelles de carbone auront, quoi qu’on fasse par la suite, des conséquences sur des millénaires. « Même si on arrête d’émettre aujourd’hui, quelques degrés de réchauffement sont à attendre sur les prochains siècles, à cause de cette sensibilité à long terme », dit le chercheur.

Il est d’autant plus urgent d’arrêter dès que possible de faire croître ce taux de CO₂. Dans le pire des scénarios du Giec, où nous brûlons un maximum d’énergies fossiles (scénarios rendu toutefois peu probable par les engagements et trajectoires actuelles), nous aurions la capacité de dépasser allègrement les 1 000 ppm d’ici la fin du siècle, voire les 2 000 ppm dans les siècles suivants.

Soit autant que ce que contenait l’atmosphère il y a 51 millions d’années, à 1 600 ppm. À cette époque, nommée optimum climatique de l’Éocène, la Terre était environ 12 °C plus chaude qu’aujourd’hui.