Calibration astronomique des échelles de temps : la théorie de Milankovitch

L’orbite de la Terre et l’orientation de son axe évoluent lentement dans le temps, à cause des perturbations gravitationnelles. Ces changements provoquent une variation de l’insolation à la surface de la Terre. La théorie de Milankovitch au cours de la première moitié du XXe siècle affirmait qu’elle était à l’origine des périodes glaciaires du quaternaire. Cette théorie vous est expliquée en détail dans cette conférence donnée au Bureau des longitudes par Jacques Laskar, membre de l’Académie des sciences.

_ L'idée que les variations de l'énergie solaire reçue par la Terre pouvaient être responsables des glaciations est apparue très tôt après la découverte de leur existence par les géologues du XIXe siècle. Mais c'est Milutin Milankovitch qui élabora de 1911 à 1957 la théorie astronomique des paléoclimats : elle attribue la succession des âges glaciaires et interglaciaires aux variations des paramètres astronomiques fondamentaux.

A partir des variations des paramètres orbitaux de la Terre calculés par Le Verrier en 1856, et en s’appuyant sur les calculs des variations de l’orientation de l’axe de la Terre effectués par Pilgrim en 1904, il calcule les variations de l'insolation entre 55° et 65° Nord au cours des 600 000 dernières années. Celles-ci font apparaître des variations significatives dont les minimums peuvent être associés aux périodes glaciaires reconnues par les géologues.
Ces travaux resteront controversés jusqu’à la publication en 1976 par James Hays, John Imbrie et Nick Shackleton d’une corrélation importante entre les données isotopiques O18/O16 enregistrées dans les sédiments marins et les calculs des variations d’insolation. L'analyse spectrale des courbes obtenues met en évidence l'existence de plusieurs périodicités proches de 100 000 ans, de 41 000 ans, 23 000 ans et 19 000 ans qui renvoient à celles observées pour les différents paramètres orbitaux de la Terre : l'excentricité, l'obliquité et la précession des équinoxes.

La corrélation entre les variations des paramètres astronomiques de l'orbite terrestre et les données sédimentaires a récemment permis de recalibrer l'échelle de temps du Néogène en ramenant l’âge de la transition Paléogène/Néogène, obtenu précédemment grâce aux données radiogéniques, de 23,8 à 23,03 Ma. Depuis 2004, l'échelle de temps géologique GTS2004, adoptée par la commission internationale de stratigraphie (ICS) et par l'Union Internationale des Sciences Géologiques (IUGS), est basée sur cette calibration astronomique du néogène.

Au cours de cette conférence, Jacques Laskar aborde le lien entre les variations climatiques enregistrées dans les données sédimentaires et les variations d'insolation à la surface de la Terre, calculées sur plusieurs millions d'années grâce aux équations de la mécanique céleste. Il développe dans une dernière partie les avancées actuelles et les limitations apportées par la nature chaotique des mouvements planétaires.

Astronome, Jacques Laskar est actuellement directeur de recherche au CNRS, membre du groupe Astronomie et Systèmes Dynamiques de l'Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE) de l'Observatoire de Paris. Depuis 2003, il est membre de l'Académie des sciences. Il a reçu la médaille d'argent du CNRS en 1994.

En savoir plus :

- Cette conférence s'est déroulée en mars 2009 au Bureau des longitudes, à l'Institut de France. Toutes les conférences du Bureau sont ouvertes au public. Accédez à leur site pour connaître les prochains thèmes des conférences : www.bureau-des-longitudes.fr

Jacques Laskar, membre de l'Académie des sciences
Bureau des longitudes