Introduction

La concentration atmosphérique en gaz carbonique (pression partielle de CO₂ , ou P_pCO₂ , exprimée en parties par million en volume, ou ppm) a varié de façon très substantielle au cours du dernier million d'années, en relation avec les changements climatiques glaciaire-interglaciaire. En effet, la P_pCO₂ passe d'environ 180 ppm en période glaciaire à 280 ppm en période interglaciaire. L'origine de ce changement majeur demeure largement incomprise. Ainsi, une question toujours en suspens est de définir la relation de cause à effet entre ces changements dans la composition chimique de l'atmosphère, et les variations du volume des calottes de glace. En effet, depuis la découverte des âges glaciaires, au milieu du XIXe siècle, deux théories se sont toujours affrontées: une théorie astronomique, qui tente de relier les alternances glaciaire-interglaciaire aux changements des paramètres orbitaux de la Terre, et une théorie géochimique, qui propose que la cause des cycles glaciaire-interglaciaire est à chercher dans les changements du CO₂ atmosphérique. Au vu des données paléoclimatiques actuelles, il est évident qu'une synthèse de ces deux points de vue est aujourd'hui nécessaire.

Par ailleurs, la perturbation anthropique actuelle, en puisant le carbone dans les réservoirs géologiques, aura des conséquences à très long terme sur le cycle du carbone terrestre et sur le climat. En effet, la durée de vie ultime du CO₂ atmosphérique est de l'ordre de 10⁵ à 10⁶ années. Il est donc essentiel de mieux comprendre le destin de ce carbone pour pouvoir estimer le devenir du climat de la Terre au cours des siècles et millénaires à venir.

1. Le cycle du carbone à la surface de la Terre

La concentration atmosphérique en CO₂ est avant tout contrôlée par la chimie du carbone dans l'océan. En effet, c'est de loin le plus grand réservoir capable d'échanger du carbone à des échelles de temps assez rapides (flux océan-atm. de l'ordre de 100 GtC/an). La surface océanique va donc rapidement s'équilibrer avec l'atmosphère, alors que les eaux plus profondes auront besoin de plusieurs siècles ou millénaires pour ajuster leur concentration de carbone.

2. Le devenir du carbone anthropique

Etant donné les phénomènes présentés ci-dessus, il est maintenant possible de donner quelques ordres de grandeurs sur la répartition à venir du carbone anthropique avec un tableau des ordres de grandeur des durées (de 1 an à 1 million d'années) :

Si la répartition actuelle est de 50% dans l'atmosphère et le reste dans la végétation et l'océan, le réservoir "végétation + sols" pourrait ne plus stocker du carbone de façon efficace (réchauffement des sols, changements de végétation). Par ailleurs, la part océanique, à l'équilibre (~ 10³ ans), sera de l'ordre de 3/4 des émissions totales. A plus long terme (~ 10⁴ ans), il faut prendre en compte la dissolution des carbonates, qui vont ajouter du carbone dans l'océan, pour rééquilibrer le pH. A très long terme (entre 10⁵ et 10⁶ années), l'érosion des silicates permettra de revenir à un niveau "naturel" de dans l'atmosphère, en neutralisant l'acide carbonique à l'aide d'une autre roche que des carbonates.

3. Comprendre le passé pour mieux prévoir le futur

La Terre a connu plusieurs changements climatiques depuis sa création, affectant les êtres vivants. Des pistes de recherche restent ouvertes pour mieux comprendre le stockage du carbone, en particulier par l’océan glaciaire.

• Changements climatiques à l’échelle préhistorique
• Des pistes de recherche ouvertes