Africa-Press – Djibouti. La Lune s’éloigne peu à peu de nous, à un rythme de 3,82 centimètres par an. Cet éloignement progressif est connu depuis longtemps des astronomes et il est causé par les marées terrestres qui exercent une telle force gravitationnelle sur la Lune qu’elles accélèrent son mouvement, l’expulsant lentement de la sphère d’influence terrestre. Il a notamment pu être mesuré grâce à des lasers envoyés depuis la Terre qui se réfléchissent sur des miroirs positionnés sur la Lune lors des missions Apollo. À cause de ce phénomène, la rotation de la Terre ralentit et la durée d’une journée augmente. Cependant, entre -2200 et -600 millions d’années, la durée d’une journée est restée stable à 19,5 heures. Dans une étude publiée dans la revue Science Advances le 5 juillet 2023, des chercheurs apportent des éléments de réponse en construisant un modèle de climat précis. Jérémy Leconte, chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux (LAB) et co-auteur de l’étude, a détaillé pour Sciences et Avenir les points remarquables de ces travaux.
Des marées atmosphériques qui entrent en résonance
Pour bien comprendre pourquoi la durée d’une journée s’est stabilisée à 19,5 heures, deux marées sont à différencier. D’abord, les marées océaniques : la Lune crée une friction sur la Terre qui a tendance à ralentir sa vitesse de rotation. Concrètement, les eaux montent pendant six heures environ, puis redescendent pendant six heures, avant une nouvelle remontée, et ainsi de suite. Ces marées durent au total 12 heures. Comme dit précédemment, le principal effet de ce phénomène est une diminution de la rotation de la Terre. Néanmoins, il y a 2200 millions d’années, cet effet fût contrebalancé par des marées atmosphériques !
Les marées atmosphériques sont principalement dues au Soleil. En effet, le Soleil réchauffe une partie de l’atmosphère terrestre, entraînant ainsi une redistribution de la masse atmosphérique autour de la planète. Cette masse atmosphérique suit ensuite le mouvement induit par le réchauffement solaire. C’est une situation similaire à ce qui se produit dans les océans, sauf que dans ce cas, c’est la gravité du Soleil et de la Lune qui déplace les océans. Ici, comme l’air se réchauffe, cela engendre des mouvements dans l’atmosphère. Ces mouvements ont contrebalancé l’effet des marées océaniques, bien que cet effet soit, aujourd’hui, généralement négligeable par rapport à ces dernières.
La Lune s’éloigne peu à peu de nous, à un rythme de 3,82 centimètres par an. Cet éloignement progressif est connu depuis longtemps des astronomes et il est causé par les marées terrestres qui exercent une telle force gravitationnelle sur la Lune qu’elles accélèrent son mouvement, l’expulsant lentement de la sphère d’influence terrestre. Il a notamment pu être mesuré grâce à des lasers envoyés depuis la Terre qui se réfléchissent sur des miroirs positionnés sur la Lune lors des missions Apollo. À cause de ce phénomène, la rotation de la Terre ralentit et la durée d’une journée augmente. Cependant, entre -2200 et -600 millions d’années, la durée d’une journée est restée stable à 19,5 heures. Dans une étude publiée dans la revue Science Advances le 5 juillet 2023, des chercheurs apportent des éléments de réponse en construisant un modèle de climat précis. Jérémy Leconte, chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux (LAB) et co-auteur de l’étude, a détaillé pour Sciences et Avenir les points remarquables de ces travaux.
Des marées atmosphériques qui entrent en résonance
Pour bien comprendre pourquoi la durée d’une journée s’est stabilisée à 19,5 heures, deux marées sont à différencier. D’abord, les marées océaniques : la Lune crée une friction sur la Terre qui a tendance à ralentir sa vitesse de rotation. Concrètement, les eaux montent pendant six heures environ, puis redescendent pendant six heures, avant une nouvelle remontée, et ainsi de suite. Ces marées durent au total 12 heures. Comme dit précédemment, le principal effet de ce phénomène est une diminution de la rotation de la Terre. Néanmoins, il y a 2200 millions d’années, cet effet fût contrebalancé par des marées atmosphériques !
Les marées atmosphériques sont principalement dues au Soleil. En effet, le Soleil réchauffe une partie de l’atmosphère terrestre, entraînant ainsi une redistribution de la masse atmosphérique autour de la planète. Cette masse atmosphérique suit ensuite le mouvement induit par le réchauffement solaire. C’est une situation similaire à ce qui se produit dans les océans, sauf que dans ce cas, c’est la gravité du Soleil et de la Lune qui déplace les océans. Ici, comme l’air se réchauffe, cela engendre des mouvements dans l’atmosphère. Ces mouvements ont contrebalancé l’effet des marées océaniques, bien que cet effet soit, aujourd’hui, généralement négligeable par rapport à ces dernières.
Le point remarquable, c’est que les marées atmosphériques peuvent entrer en résonance. La résonance est un phénomène physique que l’on peut observer de façon très pratique lorsqu’on pousse quelqu’un sur une balançoire. Si notre poussée est régulière, alors la personne sur la balançoire aura un mouvement qui ne cessera de s’amplifier. Il en va de même dans l’atmosphère : des ondes lumineuses ou mécaniques se propagent et peuvent entrer en période de résonance et donc exercer une force plus importante. Les chercheurs ont observé que plus la température de l’atmosphère terrestre est élevé, plus cette onde se propage vite et donc la période de résonance est courte. Plus il fait froid, plus cette onde se déplace lentement et donc la période de résonance est longue.
Le « milliard ennuyeux », une période géologique particulière
Ce que les chercheurs ont découvert, c’est que la durée du jour était plus courte pendant la période qu’on appelle le « milliard ennuyeux ». Cette dernière est bien connue en géologie et se traduit par une évolution relativement lente avec peu de diversité (comparé aux autres périodes). Durant celle-ci, la température sur Terre était assez élevée, ce qui a facilité la propagation des ondes induites par le Soleil dans l’atmosphère. Les chercheurs expliquent alors que les marées atmosphériques étaient beaucoup plus forte qu’aujourd’hui et qu’elles ont pu contrebalancer les marées gravitationnelles. Dans la littérature scientifique, il y a peu de preuve de glaciation pendant ce « milliard ennuyeux », ce qui concorderait avec la température élevée constatée par les chercheurs de l’étude.
Graphique qui montre la température moyenne de l’atmosphère terrestre en fonction des millions d’années (MA). On constate un pic entre -2200 et -600 qui révèle des températures élevées dans l’atmosphère. Ce qui est assez cohérent avec les données géologiques, avec le manque de preuve de glaciation dans ce « milliard ennuyeux » où il ne s’est pas passé grand-chose niveau glaciation. Les conditions étaient alors propices à la résonance des marées atmosphériques et la Terre s’est stabilisée dans cette dernière. On voit que par la suite, le climat s’est refroidi. Crédits : Murray et al.
Ce constat a permis aux chercheurs de proposer une nouvelle modélisation de l’évolution de la durée du jour terrestre. À l’origine, la Terre tournait beaucoup plus vite, mais la Lune l’aurait ralenti, et sa durée du jour aurait donc augmenté. Puis, au moment du « milliard ennuyeux », la résonance avec les marrées atmosphériques apparaîtraient avec une élévation de la température, ce qui aurait été suffisant pour maintenir la durée du jour pendant un certain temps. Enfin, après cette période, la Terre serait sortie de cette résonance, car les conditions dans l’atmosphère auraient changé, la durée du jour aurait donc repris son augmentation. Sans cette pause d’un milliard d’années dans le ralentissement de la rotation de notre planète, notre journée actuelle de 24 heures aurait pu s’allonger à plus de 60 heures.
Comment remonte-t-on des milliards d’années en arrière ?
Pour remonter le temps, les scientifiques se sont appuyés sur des modèles de climats, notamment développés par Jérémy Leconte, ainsi que sur l’observation de coquilles fossilisées de bivalves (classe de mollusques d’eau douce et d’eau de mer) et de tidalites, sédiments qui se déposent sur des roches au large des côtes. Ce processus aboutit à des roches sédimentaires (que l’on peut voir ci-dessous). De la même manière que l’on peut lire la croissance d’un arbre dans son tronc (avec ses cernes), les différentes strates de ces bassins nous permettent de lire le cycle de marées. Grâce à cela, les chercheurs sont parvenus à mesurer l’évolution de la durée de la journée. Ils ont bien constaté qu’elle s’est stabilisée pendant un milliard d’années, entre -2200 et -600 millions d’années.
Un modèle de prédiction du climat passé et actuel
Pour Jérémy Leconte, l’étude est intéressante puisqu’elle permet de valider de manière indépendante d’autres résultats sur l’évolution du climat terrestre. Elle est aussi la première qui présente un « modèle d’atmosphère robuste pour prédire le climat, qui, jusqu’à présent, ne permettait pas d’être quantitatif sur ces périodes de résonances des ondes dans l’atmosphère ». Ce modèle « peut reproduire la Terre actuelle dans des détails assez fins et est beaucoup plus fiable que ce que l’on aurait pu faire avant dans la prédiction du climat passé et actuel », conclut le chercheur.
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