Le Soleil au banc des accusés ?

     L'implication des activités humaines dans le réchauffement climatique, durant le siècle dernier du moins, est largement admise. Mais l'homme est-il seul sur le banc des accusés? Des phénomènes astronomiques joueraient-ils aussi un rôle non négligeable ? La question passionne les scientifiques. Elle sera traitée lors des Colloques Wright, qui s'ouvrent ce lundi à Genève.


    « Les phénomènes en cause sont différents selon les échelles de temps observées », dit d'emblée Edouard Bard, professeur au Collège de France et titulaire de la chaire de l'évolution du climat et de l'océan. Grâce à une description de la mécanique céleste peaufinée au fil des siècles, il ne fait plus aucun doute que les modifications de l'orbite terrestre autour du Soleil, et donc la distance entre les deux astres, influencent le climat. De même que les variations d'inclinaison de l'axe de rotation de la Terre : la répartition de l'éclairement solaire s'en trouve variée. « Ces changements suivent des cycles de 20 à 100 milliers d'années », détaille le professeur. Ils peuvent expliquer les périodes glaciaires. Car, selon Michel Grenon, astrophysicien à l'Observatoire de Genève, « la température moyenne varierait de 1 à 8 degrés ».

    Autre influence possible, heureusement rare : « Les grosses météorites qui, en percutant la Terre, produiraient de gros nuages de poussière réduisant brusquement la température, comme cela a été observé lors d'éruptions volcaniques majeures », cite Edouard Bard. A une échelle de temps plus restreinte enfin, les principaux effets astronomiques sur le climat sont dus à une source d'humeur variable: le Soleil.

    En 1801 déjà, l'astronome britannique William Herschel suggère un lien entre le nombre de taches visibles sur l'astre et le prix du froment, donc le climat sous lequel cette céréale a poussé. Plus tard, il est acquis que ces taches, qui vont et viennent régulièrement, sont d'autant plus nombreuses que le Soleil fonctionne à plein régime. La dynamique du système climatique pourrait donc être en partie « pilotée » par l'activité de notre étoile. Mais comment ?


    « L'énergie lumineuse rayonnée par le Soleil a été longtemps supposée invariable, et maintenant estimée sur Terre à 1366 W/m2, explique Edouard Bard. D'où l'utilisation du terme « constante solaire ». Grâce à divers instruments de mesures spatiaux, on sait désormais que cette « constante » fluctue selon divers cycles, le plus court étant de onze ans. « Cela se traduit par une variation de l'éclairement total d'environ 0,1 %. »

    Pour certains, de telles fluctuations, surtout les plus longues, ont pu être à l'origine de changements climatiques importants, tel que le «petit âge glaciaire», période de froid qui a touché l'Europe entre 1680 et 1850. Ou le lent réchauffement de 0,8 °C observé depuis le milieu du XIXe siècle. Toutefois, une étude parue en septembre 2006 dans Nature a compilé les mesures d'activité solaire recueillies depuis 1978 et les a extrapolées au dernier millénaire. Bilan : « Les variations de l'éclairement solaire sont trop faibles pour avoir eu un effet significatif sur le réchauffement depuis le XVIIe siècle, encore moins depuis 1970. Il aurait fallu pour cela un écart de 2 % au lieu de 0,1 % », résume Claus Fröhlich, du Centre mondial de rayonnement à Davos et coauteur de l'étude. De quoi disculper le Soleil ?

    Pas si vite. Selon Edouard Bard, «un suivi sur 28 ans, soit presque trois cycles de 11 ans, ne suffit pas pour tirer des conclusions définitives. Il faut rester prudent». Et la plupart de ces mesures ont été réalisées dans le spectre de lumière visible. Or les variations dans le domaine des ultraviolets (UV) peuvent être cent fois plus importantes.

    Des UV, on sait qu'ils ne sont pas inoffensifs sur la haute atmosphère. « Il se peut donc que ces rayons, lorsqu'ils augmentent, aient un effet très important », affirme Joanna Haigh. Cette physicienne de l'atmosphère à l'Imperial College de Londres vient de développer son idée dans le magazine NewScientist. Grâce à des modèles informatiques, elle a montré qu'une variation des UV incidents sur la haute atmosphère pouvait, par un processus thermochimique, modifier sa composition, notamment sa teneur en ozone. Avec, au final, des changements affectant la circulation atmosphérique (dont les jet-streams), et donc le climat. Mais Edouard Bard demeure sceptique : il semble que cette influence n'amplifierait que d'environ 30 % la variation de l'éclairement solaire. Affaire classée ?


    Que nenni. Plusieurs études ont montré que la température à la surface de la Terre semblait bel et bien être corrélée avec le nombre de taches sur le Soleil, et donc avec son activité. Pour le vérifier sur de longues périodes, les scientifiques tirent profit de «collaborateurs» invisibles: les rayons cosmiques. Il s'agit de noyaux atomiques de hautes énergies provenant de supernovae ou d'autres sources situées au fond de l'espace. Ils pleuvent en permanence sur la Terre et traversent sans dommage tout objet ou être vivant. Parfois, ces corpuscules interagissent avec l'atmosphère et laissent des traces sous la forme d'atomes de carbone-14 (14C) ou de bérylium-10 (10Be), appelés cosmonucléides. Petit à petit, les premiers sont absorbés par les arbres et les autres incorporés dans les couches des glaciers.

    Au lieu d'arriver sur Terre, nombre de rayons sont déviés par l'héliosphère, ce bouclier magnétique généré par le Soleil autour du système solaire. Lorsque l'astre est très actif, cette protection est meilleure et une quantité moindre de rayonnement cosmique pénètre dans l'atmosphère. A l'inverse, lorsque notre étoile est calme, le bouclier en laisse passer un flux accru. En étudiant les quantités de cosmonucléides piégés dans les cernes des arbres ou les carottes glaciaires, les scientifiques peuvent reconstituer l'activité du soleil, et cela sur 118 202 000 ans.

    En 1997, des chercheurs danois relancent alors une vieille idée: et si ces rayons cosmiques, en plus d'être de fabuleux outils pour remonter le temps, avaient un effet direct sur les changements climatiques? Après tout, ces scientifiques se sont basés sur leurs observations des années 1979 à 1992 : lorsque l'activité solaire était à son maximum, réduisant ainsi sur Terre jusqu'à 25 % la quantité de rayons cosmiques, la couverture nuageuse baissait de 3 %.

    Leur hypothèse : les rayons cosmiques, en percutant les particules présentes dans l'atmosphère, les chargent électriquement. Ces ions font alors office de germes de condensation pour les molécules d'eau. Conclusion : moins le rayonnement cosmique est présent (autrement dit plus le soleil est actif), moins le nombre de gouttelettes constituant les nuages est important. Des nuages qui réfléchissent d'ordinaire la lumière incidente et refroidissent la Terre. Hâtivement, ces chercheurs affirment alors que «ce forçage climatique peut expliquer presque tous les changements sur la période étudiée». Notamment que la Terre s'est réchauffée au XXe siècle parce que la moyenne de rayons cosmiques l'atteignant a baissé de 3,7 %. CQFD ?

    Toujours pas. Les travaux danois font vite l'objet d'une controverse. On leur reproche une faible fiabilité des données. Voire qu'elles ont été choisies en fonction des conclusions souhaitées. De plus, la même corrélation ne s'est pas poursuivie au cours des années suivantes. Henrik Svensmark et son équipe modèrent alors leurs conclusions, modifient leurs analyses et proposent une nouvelle explication restreinte aux nuages de basses altitudes (2000 à 3000 m). « Ce n'est que le début d'une piste, commente Edouard Bard. Il faut ensuite trouver des mécanismes explicatifs inédits... Or la basse atmosphère contient déjà assez d'aérosols susceptibles de devenir des noyaux de condensation, sans que d'autres, générés par les rayons cosmiques, soient nécessaires. Ce qui manque le plus souvent pour former des nuages, c'est d'abord la saturation en vapeur d'eau. »

    Mais des mécanismes causals, l'équipe Svensmark est désormais prête à en proposer. Dans un article publié en octobre 2006 dans les Proceedings of the Royal Society A, elle présente son expérience: une chambre à réaction contient divers gaz (dioxide de soufre, ozone et vapeur d'eau) reproduisant la basse atmosphère. Lorsque des rayons cosmiques traversaient ce volume, des microgouttelettes d'acide sulfurique et d'eau se formaient, créant autant de briques de base des futurs germes de condensation. Des noyaux dont la formation serait, selon les chercheurs, favorisée par les électrons libérés lors des chocs entre rayons cosmiques et particules de gaz.

    Cette expérience reste basique et préliminaire. Mais au CERN, près de Genève, des physiciens ont un projet similaire quoique d'une autre envergure. Baptisé CLOUD, il implique 18 institutions de neuf pays. « Nous disposons aussi d'une chambre reproduisant l'atmosphère, explique Jasper Kirkby, porte-parole de l'expérience. Mais cette fois, nous utiliserons des faisceaux de particules chargées, dirigés sur ce mélange de gaz, pour simuler les rayons cosmiques. Nous pourrons mieux contrôler tous les paramètres. » Et, espère-t-il, détailler le lien entre les rayons cosmiques et la formation des gouttelettes à l'origine des nuages. Le prototype a été mis en marche à mi-octobre; une version définitive devrait fournir des résultats d'ici à 2010. Fin de l'histoire ? A voir.


Jasper Kirkby lui-même se veut réservé. « Même si notre expérience fonctionne, il sera encore illusoire de quantifier l'impact des rayons cosmiques sur les changements climatiques, tant tous les processus impliqués sont complexes. Peut-être sera-t-il par contre possible d'inclure ce mécanisme dans les modèles climatiques. »

    Pour Michel Grenon, « décrypter ce phénomène permettra surtout d'encore mieux évaluer les effets réellement dus à l'homme ». La responsabilité de ce dernier face aux changements climatiques n'est donc en rien exonérée. Edouard Bard abonde : « Même en tenant compte d'une amplification encore hypothétique du rôle du Soleil, nous n'arriverons pas à expliquer l'accélération du réchauffement des trois dernières décennies si nous n'incluons pas le facteur humain, en particulier l'augmentation des teneurs atmosphériques en gaz à effet de serre. » L'un dans l'autre, la plupart des scientifiques s'accordent à dire que la « culpabilité » du Soleil et de tous ces phénomènes astronomiques dans le réchauffement climatique actuel se monte donc au plus à 20-30 %.

    Note d'optimisme: après une phase de forte activité au XXe siècle, caractérisé par un nombre élevé de taches solaires, certains astronomes prédisent que le Soleil va drastiquement se calmer durant les prochaines décennies. Et donc peut-être conduire à une phase de modique refroidissement de la planète. « Au mieux, cela nous donnera-t-il un tout petit peu plus de répit avant de devoir agir », avise Joanna Haigh.