par Prof. Dr. Jean N.

Dans une récente publication[1] de 2019, l’équipe russe de G.A. Zherebtsov présente un mécanisme permettant d’expliquer le réchauffement global. Ce mécanisme, basé sur une série d’observations, ne fait pas intervenir le taux de CO₂ atmosphérique mais les rayons cosmiques solaires ainsi que le champ électromagnétique terrestre. Les chercheurs qui ont pensé à ce mécanisme (inconnu du GIEC) font tous partie de l’institut de Physique Terrestre et Solaire de la Branche Sibérienne de l’Académie Russe des Sciences (Irkutsk, Russie). Si le mécanisme de l’équipe de Zherebtsov est correct, on pourrait alors se passer de l’hypothèse de l’effet de serre radiatif qui, comme vous le savez peut-être, pose certains problèmes (voir ici, ici et ici). Le but du présent article est simplement de présenter ce mécanisme et de montrer par la même occasion que la science du climat est loin d’être dite.

1. Observations réalisées le 7 novembre 2004

Les chercheurs russes ont d’abord constaté qu’à certaines latitudes il y a un lien assez fort entre le flux de rayons cosmiques solaires (RCS) et la température de la troposphère. Ceci est par exemple bien visible dans un évènement qui a débuté le 7 novembre 2004 au niveau des hautes latitudes de l’hémisphère nord (55°N-65°N). Ce jour-là, le flux de RCS était particulièrement fort d’environ 3 ordres de grandeur plus élevé par rapport à la normale (Figure 1a). Une tempête géomagnétique s’est ensuite déclarée le jour suivant et a duré au moins 5 jours (il s’agit de fluctuations brusques et intenses du magnétisme terrestre qui proviennent d’une perturbation de l’ionosphère par l’activité solaire). Ceci est bien visible sur le tracé des indices géomagnétiques AE (Figure 1b) et Dst (voir aussi ici), indices obtenus par certaines stations de mesure placées au sol et réparties en divers endroits de la planète (Figure 1c). Il existe de nombreux indices géomagnétiques et il n’est pas nécessaire d’être un spécialiste pour comprendre la suite du présent article. Il faut simplement retenir que le champ magnétique terrestre est perturbé les jours suivant l’arrivée des RCS. Voyons maintenant si tout ceci peut avoir un effet sur la température de la basse troposphère.

Figure 1. Caractéristiques de la perturbation héliogéophysique : rayons cosmiques solaires (а), indices АE (b) et Dst (c). L’axe des x est la durée de la perturbation héliogéophysique, en jours. Le jour d’arrivée des RCS est choisi comme la date de référence (point zéro, le 7 Novembre 2004). Source : Zherebtsov et al. (2019) J Atm Solar Terrestrial Physics 182:217–222.

La température de la troposphère pendant les quelques jours suivant la tempête géomagnétique du 7 novembre 2004 est présentée à la Figure 2. Les chercheurs ont utilisé les données fournies par le NCAR (National Center for Atmospheric Research) et NCEP (National Centers for Environmental Prediction), deux organismes américains. La ligne n°1 (trait noir continu) est le profil de température observé le jour 0 (le jour de l’arrivée des rayons cosmiques solaires). Les courbes 2–5 correspondent aux jours 1, 2, 4 et 6 après le début des perturbations géomagnétiques. Nous pouvons voir que la troposphère s’est clairement réchauffée pendant environ 5 jours et que la variation était de +12 K pour l’altitude correspondant à 750 hPa (hectopascals ou millibars).

Figure 2. Profil vertical de température de l’air dans la troposphère (déviations en K) pour la région 55°N-65°N, 145°W-155°W pour la période entre le 7 Novembre 2004 et le 12 novembre 2004 : la courbe 1 correspond au jour 0 (jour de la perturbation héliogéophysique); courbes 2–5, jours 1, 2, 4 et 6 après le début de la perturbation héliogéophysique. L’axe des Y représente l’altitude en hectopascals (la surface étant localisée à 1000 hPa). Source : Zherebtsov et al. (2019) J Atm Solar Terrestrial Physics 182:217–222.

Notons que l’événement présenté dans les Figures 1 et 2 correspond à une perturbation assez forte (indice AE > 1000), c’est pourquoi il existe une augmentation de +12°C (= K) de certaines zones de la troposphère. Des résultats similaires ont été obtenus par Zherebtsov et al. (2017) pour un événement du 31 janvier 1982. Pour des perturbations géomagnétiques plus modérées, d’après les résultats de Karakhanyan et Molodykh (2017)[2], l’augmentation de la température troposphérique est évidemment plus faible et ne dépasse pas +5°C. Seppala et al. (2009)[3] montrent par exemple que pendant les mois d’hiver, les températures de l’air en surface dans les zones polaires peuvent augmenter d’environ 4,5°C selon l’endroit considéré. Quoi qu’il en soit, il existe clairement un phénomène indépendant du taux de CO₂ et capable de faire augmenter de plusieurs degrés la température de la basse troposphère, du moins pour les hautes latitudes. Ce phénomène, ayant pour origine l’activité solaire, pourrait-il influencer la température des océans? Ou le climat global? C’est ce que nous allons voir dans le point suivant.

2. Activité géomagnétique et température de surface des océans

L’équipe russe de G.A. Zherebtsov avait déjà remarqué que la température de surface des océans (SST, Sea Surface Temperature) était parfois corrélée à l’activité géomagnétique (Kirichenko et al., 2014)[4]. En effet, en visualisant la Figure 3, nous pouvons voir que la courbe de température de surface des océans pour une zone considérée dans l’hémisphère sud est assez bien corrélée à l’indice géomagnétique aa et ce pendant 110 ans, entre 1860 et 1970 (avec cependant quelques opposition de phase pour la période 1940–1960). Après, entre 1970 et 2018, la corrélation est moins bonne voire absente (Figure 3). Les auteurs montrent dans leur publication que la corrélation possède un fort caractère régional et dépend du temps (en années). La corrélation n’est donc pas observée partout dans le monde et pour une zone géographique donnée elle peut être bonne puis disparaître, comme par exemple après 1970 sur la Figure 3. En résumé, les rayons cosmiques solaires peuvent faire varier les indices géomagnétiques et il peut s’ensuivre une augmentation de la température de la troposphère mais également de la surface des océans, du moins pendant certaines périodes pouvant parfois dépasser 100 ans.

Figure 3. Température annuelle moyenne de surface des océans (SST) (ligne grise) et indice géomagnétique aa (ligne noire) pour la région 40°S-50°S, 30°E−60°E de l’hémisphère sud. Source : Zherebtsov et al. (2019) J Atm Solar Terrestrial Physics 182:217–222.

L’équipe de Zherebtsov a ensuite tenté de comprendre pourquoi la corrélation entre SST et indices géomagnétiques était mauvaise après 1970. En analysant la zone considérée ils virent que le contenu calorifique des océans (le paramètre OHC, pour Ocean Heat Content, mesuré entre 0 et 700 m de profondeur) avait fortement varié à ce moment, ainsi que la force d’entraînement du vent à la surface des océans (le paramètre Tw ou « wind stress« ). Or, selon Zhang et McPhaden (2005)[5] ainsi que Giese et Carton (1999)[6] le vent est un élément affectant fortement la température de surface des océans et la profondeur de la thermocline. La mauvaise corrélation observée après 1970 sur la Figure 3 pourrait donc simplement provenir d’un changement dans le régime des vents qui redistribue la chaleur accumulée localement. Les auteurs russes ont donc calculé la force d’entraînement du vent à la surface des océans pour la région (le paramètre Tw), et ont clairement démontré que celle-ci a significativement changé et permet d’expliquer la mauvaise corrélation observée après 1970 sur la Figure 3. Le vent aurait donc simplement provoqué l’arrivée d’eau plus froide dans la région, ce qui fait que la corrélation entre SST et indice géomagnétique aa devient mauvaise pour la région analysée.

3. Le mécanisme de Zherebtsov

Sur base de leurs observations les chercheurs russes nous proposent un mécanisme. Ce mécanisme, présenté dans la publication de 2019, est illustré à la Figure 4. Tout commence par une augmentation de l’activité solaire (rayons cosmiques solaires, vent solaire, perturbations du champ magnétique interplanétaire – CMI -). Ceci provoque une augmentation de la différence de potentiel entre l’ionosphère et la surface de la Terre. Le champ électrique vertical devient alors plus grand (pour calculer les changements dans le potentiel ionosphérique un modèle semi-empirique est proposé par Weimer en 2001[7]). Les variations du champ électrique affectent ensuite les particules chargées dans la troposphère ce qui mène à une redistribution en hauteur des aérosols chargés (Latham et Poor, 1972[8]). Ces aérosols peuvent être des noyaux de condensation des nuages (CCN, Cloud Condensation Nuclei). Les conditions de formation des nuages sont donc modifiées et il pourra y avoir plus de nuages dans certaines régions, particulièrement aux hautes latitudes là ou l’effet des RCS est le plus marqué (zone des aurores boréales) et là où il y a suffisamment de vapeur d’eau. S’il y a plus de nuages la température de la troposphère pourra augmenter dans ces régions car les nuages retiennent la chaleur de surface. Ceci va modifier le gradient de température méridional (le long d’un méridien, donc dans la direction Nord-Sud). La circulation atmosphérique est donc modifiée et in fine le climat. Notons que la première version de ce mécanisme a été publié en 2005 dans le journal Advances in Space Research[9].

Figure 4. Diagramme présentant le mécanisme de Zherebtsov. Source : Zherebtsov et al. (2019) J Atm Solar Terrestrial Physics 182:217–222 (traduit de l’anglais).

4. Que nous dit le GIEC concernant le mécanisme de Zherebtsov?

Le GIEC ne nous dit rien de ce mécanisme! Le seul phénomène extérieur à l’atmosphère reconnu par la GIEC est la luminosité solaire totale ou TSI (Total Solar Irradiance) qui est constante à 0,2 % près, soit trop peu pour expliquer un changement climatique.

Il est par ailleurs frappant de constater que le dernier rapport AR5-WG1 du GIEC de 2013  compte 1.532 pages, mais ne fait nulle part la moindre mention du vent solaire dans son texte, si ce n’est à travers 2 références bibliographiques.

Au contraire du vent solaire, ce même rapport mentionne bien les travaux de Svensmark sur les rayons cosmiques galactiques ainsi que l’existence d’un faible courant continu entre l’ionosphère et la surface de la terre. Le GIEC admet que les rayons cosmiques peuvent induire la formation d’ions et que ceux-ci peuvent modifier les propriétés des nuages (Chapitre 7, p 614). Mais il est écrit au point 7.4.6.2 (Physical Mechanisms Linking Cosmic Rays to Cloudiness) :

« Notre compréhension actuelle de la relation entre les propriétés des nuages et le circuit électrique global reste très faible, et il n’existe encore aucune preuve que les processus nuageux associés (aux variations du champ électrique global) pourraient avoir une importance climatique. »

En d’autres mots, le mécanisme de Zherebtsov sur les rayons cosmiques solaires ainsi que le mécanisme de Svensmark sur les rayons cosmiques galactiques sont rejetés par le GIEC qui nous dit que très peu de choses sont connues sur le sujet. Notons que les articles de l’équipe de Zherebtsov qui précèdent 2013 (par exemple l’article de Zherebtsov de 2005) ne sont pas cités par le GIEC.

5. Discussion et Conclusions

 

• Le mécanisme proposé par l’équipe de Zherebtsov est lié à l’interaction des RCS (Rayons Cosmiques Solaires) avec l’atmosphère et les variations du champ magnétiques terrestre. Il permet d’expliquer le léger réchauffement global sans faire intervenir le taux de CO₂. En effet, sous l’effet des RCS la température de la troposphère augmente aux hautes latitudes et la chaleur est ensuite redistribuée dans les autres régions du monde.

 

• Le mécanisme de Zherebtsov pourrait expliquer pourquoi la température globale avait chuté entre 1600 et 1700 lors du minimum de Maunder (période du petit âge glaciaire, bien attesté dans l’histoire), alors que le taux de CO₂ était relativement stable. En effet, le minimum de Maunder est remarquable non seulement par l’absence, dont on parle beaucoup, de taches solaires, mais également par l’absence, dont on parle beaucoup moins, d’aurores boréales, ces dernières étant directement liées aux RCS.

 

Il est évident que les mécanismes de réchauffement de l’atmosphère extérieurs à cette dernière sont difficiles à mettre en évidence parce qu’ils requièrent des sondes spatiales et des mesures physiques qui s’écartent des techniques utilisées traditionnellement par la climatologie actuelle. Mais ce n’est pas parce qu’ils sont difficiles à mettre en évidence qu’ils doivent être a priori exclus au seul profit de l’effet de serre radiatif comme le GIEC ne cesse de le prétendre dans son dernier rapport AR5 comme durant les 25 années qui l’ont précédé. Parmi ces mécanismes, celui proposé par Zherebtsov met en évidence le lien entre l’atmosphère terrestre et l’activité du Soleil.

Décidément, même après un quart de siècle de recherche et 24 conférences COP, la science du climat est bien loin d’être établie.

6. Références

[1] G.A. Zherebtsov, V.A. Kovalenko, S.I. Molodykh, K.E. Kirichenko (2019) Solar variability manifestations in weather and climate characteristics. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 182:217–222.

[2] Karakhanyan, A.A., Molodykh, S.I., 2017. Evolution of extratropical cyclones during disturbed geomagnetic conditions. Geomagn. Aeron. 57 (5), 535–540.

[3] Seppala, A.S., Randall, C.E., Clilverd, M.A., Rozanov, E., Rodger, C.J., 2009. Geomagnetic activity and polar surface air temperature variability. J. Geophys. Res. 114, A10312.

[4] Kirichenko, K.E., Kovalenko, V.A., Molodykh, S.I., 2014. Manifestation of solar activity in the sea surface temperature. Opt. Atmos. Okeana. 27 (2), 154–157 (in Russian).

[5] Zhang, H., McPhaden, M.J., 2005. Wind stress variations and interannual sea surface temperature anomalies in the eastern equatorial Pacific. J. Clim. 19, 226–241.

[6] Giese, B.S., Carton, J.A., 1999. Carton interannual and decadal variability in the tropical and midlatitude Pacific ocean. J. Clim. 12, 3402–3418.

[7] Weimer, D.R., 2001. An improved model of ionospheric electric potentials including substorm perturbations and application to the Geospace Environment Modeling November 24, 1996, event. J. Geophys. Res. 106 (A1), 407–416.

[8] Latham, D.G., Poor, H.W., 1972. A timedependent model of the electrode effect. J.Geoph.Res. 77, 2669–2676.

[9] G.A. Zherebtsov, V.A. Kovalenko, S.I. Molodykh (2005) The physical mechanism of the solar variability influence on electrical and climatic characteristics of the troposphere. Advances in Space Research 35:1472–1479.