par J. Van Vliet, article d’opinion
Master in Engineering and Master in Sciences
Retired

Cet article fait suite à la première partie (1/2) publiée par SCE le 14 août 2020.

5. La longueur des cycles solaires

Le passage d’un cycle solaire au cycle suivant est défini en principe par le changement de signe du champ magnétique autour des taches solaires. Le moment de ce passage est difficile à déterminer dans le cas des cycles longs, parce qu’on peut avoir pendant plusieurs années cohabitation, dans le même hémisphère solaire, de taches solaires d’orientations magnétiques différentes. Ainsi, à l’heure d’écriture de cet article (juillet 2020), la fin du cycle solaire 24 se rapproche, mais les premières taches avec l’orientation magnétique du cycle 25 ont fait leur apparition dès 2019; si  le cycle 24 n’était pas terminé avant la fin de cette année, la transition du cycle 24 au cycle 25 serait étalée sur 3 années.

De manière à tirer profit de la richesse des données disponibles sur le site (ici)  la longueur des cycles solaires est déterminée comme suit: pour les cycles allant de 1700 à 1755, seules les moyennes annuelles du nombre de taches solaires sont disponibles et le début de cycle correspond à l’année suivant le minimum de cette moyenne. Pour les cycles allant de 1755 à nos jours, la longueur est déterminée en utilisant les moyennes mensuelles: le début de cycle correspond au mois à partir duquel s’amorce la montée du nombre de taches. Cette méthode diffère de celle utilisée par Friis-Christensen et Lassen [29] et Butler et Johnston [30] qui ont travaillé par interpolation au départ des valeurs mensuelles lissées sur 13 mois.

Comme nous allons le voir, la longueur des cycles solaires varie de 9 ans minimum (cycles 2, 3 et 8) à 14 ans (cycle 4 marquant le début du Minimum de Dalton et la Révolution française). La Figure 5 fournit les longueurs des 29 cycles solaires observés depuis le début du 18^ème siècle, chaque valeur étant positionnée au milieu du cycle correspondant.  La figure suggère que la dispersion des cycles solaires va diminuant du 18^ème au 20^èmesiècle: de manière à préciser cette impression, on calcule dans le tableau suivant, pour chacun des siècles considérés, les longueurs moyennes des cycles solaires (en années) et leurs déviations standard.

Le résultat le plus frappant de ce tableau est que les cycles solaires du  20^ème siècle sont en moyenne un an plus courts que ceux du 19^ème siècle, la tendance s’inversant avec les 2 premiers cycles du 21^ème siècle. En appliquant la corrélation de Butler et Johnston [24], ceci rendrait le 20^ème siècle plus chaud de 0,5°C en moyenne que le 19^ème siècle.

Mais il est aussi remarquable de noter que les cycles du 20^ème siècle sont nettement moins dispersés que ceux du 19^ème, eux-mêmes moins dispersés que ceux du 18^ème siècle: on peut en déduire que la température plus élevée du 20^ème siècle a également été la plus régulière. On imagine par contre sans peine combien le climat et donc la vie ont dû être perturbés par l’activité solaire du 18^ème siècle, avec notamment les famines qui ont précédé la Révolution française durant le cycle solaire n°4. Ce sont ces variations de longueur de cycles qui ont conduit le grand astronome anglais William Herschel a corréler en 1801 déjà les taches solaires aux rendements agricoles, malgré la risée de la Royal Society [31]. Par comparaison avec les siècles précédents, la Figure 5 établit que le 20^ème siècle fut un siècle idéal de chaleur et de régularité climatique.

Les longueurs variables des cycles solaires restent inexpliquées par les différentes théories développées autour de l’activité solaire. Par ailleurs, le panel américain de la NOAA et de la NASA [32] chargé de la prédiction des cycles futurs ne semble pas s’y intéresser. Une prédiction de la longueur des cycles solaires futurs doit donc être basée sur une méthode empirique. Une telle méthode est développée ci-dessous. 

6. Les jours sans taches solaires (‘spotless days’)

Le site web www.spaceweather.com enregistre depuis 2006 le nombre de jours sans taches solaires dans chaque année. L’idée est d’utiliser ce nombre pour mesurer la période calme des cycles solaires qui influence les températures terrestres. Ce nombre, et son historique, peut être déduit du relevé journalier des taches solaires disponible sur le site http://www.sidc.be/silso/ et remontant jusqu’en 1818, tel que corrigé en 2015 par Clette et al. [33] (version 2.0). Ces données sont incomplètes sur la période 1818 – 1848, et elles doivent être corrigées de manière proportionnelle pour que la somme des jours avec et sans taches soit de 365 jours par an. 

La Figure 6 donne le nombre de jours sans taches de 1818 à 2020, le cycle 24 étant complété pour l’année 2020 avec 60% ou 219 jours sans taches solaires, à comparer à la réalité de 70% fin juillet.

Tout comme dans la Figure 5, on observe une différence marquée entre le 19^ème et le 20^ème siècle: le nombre de jours sans taches est nettement plus élevé pour la période 1818-1918 que pour la période 1919-2020: pour la première période on a 9 cycles dont 7 dépassent 200 jours par an, tandis que pour la deuxième période on a 10 cycles dont seulement 4 dépassent les 200 jours par an. La période allant de 1920 à 2000 est remarquable par le nombre réduit de jours sans taches: ce nombre réduit est le signe d’une activité solaire plus forte. L’analyse des données SIDC-Silso version 2.0 conduit donc à la conclusion que la période 1920-2000 correspond à un maximum d’activité solaire.

Il est intéressant de noter que l’Union Astronomique Internationale [34] est arrivée sur la base des mêmes données à la conclusion exactement inverse en déclarant que « la nouvelle correction du nombre de taches solaires conduite par F. Clette et al. réduit à zéro la revendication qu’il y a eu un Grand Maximum Moderne. » En fait, comme indiqué plus haut, le nombre de taches solaires n’est pas corrélé au climat; par contre la longueur des cycles solaires est bien corrélée aux températures terrestres, comme discuté à la section 4. En niant qu’il y a eu un Grand Maximum Moderne sur base du seul nombre de taches solaires, la conclusion de l’Union Astronomique Internationale est pour le moins prématurée.

7. Le maximum d’activité solaire de 1960 

L’analyse du nombre de jours sans taches solaires a permis de mettre en évidence un maximum d’activité solaire durant la période 1920-2000. Le diagramme « papillon » développé par E. Maunder permet de mieux cerner ce maximum: ce diagramme reprend pour chaque tache solaire observée sa latitude héliographique et sa durée d’existence.

La Figure 7 fournit le diagramme « papillon » établi par Arlt et Vaquero [35] pour la période 1880-2020: ce diagramme est complété par deux lignes rouges fournissant pour chaque hémisphère la latitude maximum des taches solaires observées lors des différents cycles. Ce diagramme montre que cette latitude maximum passe de 30° à 40° de 1880 à 1960, lors du cycle solaire 19 qui est aussi le cycle de la série historique avec le plus grand nombre de taches solaires. Après ce cycle 19, la latitude maximum des taches solaires décroît de manière approximativement symétrique par rapport à l’année 1960.

Le maximum d’activité solaire de 1960 est ainsi mis en évidence de manière empirique par deux méthodes complètement indépendantes.

Lorsqu’une courbe analytique [36] passe par un maximum, elle est symétrique par rapport à ce dernier aussi longtemps que l’écart au maximum reste suffisamment petit. La question de la symétrie du maximum d’activité solaire peut donc être analysée en examinant si les jours sans taches solaires sont distribués ou non de manière symétrique par rapport à la date du 1^er janvier 1960 qui est d’après la figure 7 la position éventuelle du centre de symétrie.  

La Figure 8 compare les nombres annuels de jours sans taches solaires pour la période 1894-1960 (valeurs historiques)  avec les nombres pour la période 1960-2020 en positionnant ces derniers points par symétrie par rapport au 1^er janvier 1960 (valeurs « miroir »): ainsi la valeur de 256 jours extrapolée pour 2020 est déplacée comme « reflet » en 1899. Cette figure reprend d’une part les jours sans taches de la fin des cycles 13 à 18 (en bleu) et d’autre part les mêmes données pour la fin des cycles 19 à 24 (en jaune/rouge), présentées comme « reflet ».

L’accord entre le profil des valeurs historique et celui des valeurs « miroir » est jugé satisfaisant pour l’abscisse [37] (année de position) mais surtout pour l’ordonnée (le nombre de jours sans taches): ces profils semblent d’autant mieux superposables que l’on s’éloigne – dans le passé ou dans le futur – de la date du 1^er janvier 1960. La symétrie des nombres de jours sans taches est ainsi établie empiriquement pour les 6 cycles solaires précédant et suivant 1960. 

Pour conclure sur la symétrie de l’activité solaire et par voie de conséquence du climat, une observation remarquable doit être signalée: la Belgique a connu cette année un printemps 2020 météorologique exceptionnel avec une météo anticyclonique continue pendant les trois mois de mars, avril et mai: il est frappant de constater que ce type de temps exceptionnel a été également observé en Angleterre en mars, avril et mai 1893 [38], date proche du « reflet » 1899 de l’année 2020. Cette observation renforce l’idée que le climat semble plus reproductible qu’on pourrait le penser.

8. Quelques perspectives pour le 21^ème siècle et les siècles suivants 

La symétrie par rapport à la date de 1960 fournit la méthode empirique recherchée pour approcher le climat des siècles futurs, sans tenir compte des températures océaniques: comme nous l’avons vu à la section 2, ces dernières varient typiquement de 0,5°C entre le maximum et le minimum de l’AMO. Les prédictions qualitatives présentées ici ne sont au stade actuel qu’une traduction de la symétrie observée.

D’après cette approche, l’activité solaire du 21^ème siècle serait le « reflet » de l’activité historique sur la période 1820-1920. La température du 21^ème siècle devrait connaître une baisse légère de température suite à l’allongement des cycles solaires par rapport au 20^ème siècle: cette baisse est déjà amorcée. La fin du 21^èmesiècle devrait voir une baisse plus sensible des températures avec l’arrivée du « reflet » du Minimum de Dalton au cycle solaire 31, vers 2090.

Quant au 22^ème siècle, il devrait ressembler au 18^ème siècle, avec des cycles solaires de longueurs fort changeantes qui conduiront à des variations sensibles de température. Il faudra attendre le 23^ème siècle pour entrer vraisemblablement à nouveau dans une période de Grand Minimum: en prenant 1660 comme date centrale pour le Minimum de Maunder, ce nouveau Petit Age Glaciaire devrait être atteint vers 2260.  A titre de comparaison, la courbe de tendance multiséculaire de l’AMO (courbe en pointillé de la figure 3) atteindrait son minimum vers 2380.

Les années qui viennent, avec la fin du cycle 24 et le démarrage du cycle 25, permettront de vérifier si la symétrie observée par rapport à 1960 est un outil fiable de prédiction de l’activité solaire et du climat futur.

Résumé

Les considérations développées ci-dessus peuvent être résumées comme suit. 

1. Le réchauffement observé à partir de 1980 peut être expliqué par la combinaison de la phase montante de l’Oscillation Multidécadale Atlantique, couplée à une période de forte activité solaire s’étalant de 1920 à 2000, avec le maximum d’activité en 1960. Ce réchauffement n’est pas exceptionnel, puisque les températures relevées à Armagh en Irlande du Nord montrent que le réchauffement observé de 1820 à 1840 a été encore plus important, voir figure 1.

• L’effet de serre associé au CO2 et retenu par les théoriciens du GIEC pour expliquer le réchauffement observé dans les basses couches de l’atmosphère depuis 1980 est en contradiction avec les lois de la physique moléculaire et de la mécanique statistique; cet effet existe bien, mais il n’est observé qu’à des altitudes très élevées (de l’ordre de 100 km).

• L’activité solaire influence les températures terrestres, non par le nombre de taches solaires, mais par la longueur des cycles solaires, les cycles longs conduisant à des températures plus faibles et les cycles courts à des températures plus élevées. L’examen des cycles du passé révèle un 18^ème siècle perturbé par des cycles très variables qui ont eu très probablement un impact historique, un 19^ème siècle rendu froid par des cycles solaires longs, et un 20^ème siècle avec beaucoup de cycles courts, faisant de ce siècle un modèle de chaleur et de régularité. 

• Vu le niveau très primitif des théories, la prédiction de la longueur des cycles solaires au 21^ème siècle et suivants ne peut se baser que sur une approche empirique. Une telle approche basée sur la distribution des jours sans taches solaires a été présentée: cette distribution est symétrique par rapport au cycle 19 centré en 1960: ainsi la transition actuelle du cycle 24 vers le cycle 25 serait semblable à la transition du cycle 13 vers le cycle 14 qui a eu lieu de 1899 à 1902, voir figures 6 et 8. 

• Sur base de cette approche empirique, le climat du 21^ème siècle devrait être très semblable à celui du 19^ème siècle, donc avec des températures en baisse, mais sans qu’il soit déjà question d’un nouveau Grand Minimum comme celui de Maunder au 17^ème siècle. En supposant que l’approche basée sur la symétrie par rapport à 1960 reste valable, ce Grand Minimum n’aurait pas lieu avant l’année symétrique de 1660 par rapport à 1960, soit pas avant 2260. 

En guise de conclusion

Pour revenir à la question des priorités posée dans l’introduction, la réponse est évidente: il n’y a aucune urgence climatique, l’effet de serre dû au CO₂ dans la basse atmosphère est une chimère et les observations des deux dernières décennies conduisent pour le 21^ème siècle à la prédiction rassurante d’un refroidissement déjà amorcé. 

Les marchands bien connus de la peur climatique n’ont donc aucune raison légitime de  poursuivre l’endoctrinement médiatique et le harcèlement psychologique de la population et des responsables politiques. 

La frénésie de vouloir décarboner à tout prix pour soi-disant « sauver la planète » n’a aucun fondement et va conduire à la destruction du modèle social et économique que le monde nous envie: l’enfer est plus que jamais pavé de bonnes intentions. Même s’il est aussi inscrit à l’agenda des partisans de la décroissance.

Liste des références (communes aux parties 1/2 et 2/2)

[1J Hansen et al., Climate Impact of Increasing Atmospheric Carbon Dioxide, Science, 231 (1981), pp 957-966, https://science.sciencemag.org/content/213/4511/957.abstract
[2] audition J. Hansen, https://pulitzercenter.org/sites/default/files/june_23_1988_senate_hearing_1.pdf
[3] Il faut rappeler que cette période était celle de plusieurs grands changements: fin de la guerre froide, disparition de l’URSS, réunification de l’Allemagne, fermeture des mines de charbon britanniques; les USA étaient la seule superpuissance et les pays BRIC n’avaient pas leur influence actuelle.
[4] Résolution 43/53 de l’Assemblée Générale de l’ONU du 6 décembre 1988
[5] C.J. Butler et al., Air temperatures at Armagh Observatory, Northern Ireland, from 1796 to 2002, Int. J. Climatology 2005, https://rmets.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/joc.1148
[6]https://www.metoffice.gov.uk/pub/data/weather/uk/climate/stationdata/armaghdata.txt
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming_hiatus
[8 ]sur le plus court terme, il faut mentionner la NAO ou Northern Atlantic Oscillation
[9] https://en.wikipedia.org/wiki/Atlantic_multidecadal_oscillation
[10] https://psl.noaa.gov/data/timeseries/AMO/
[11] pour rappel, la banquise a été observée sur la côte belge durant l’hiver 1962-1963.
[12] M.F. Knudsen et al., Tracking the Atlantic Multidecadal Oscillation through the last 8,000 years, Nature Communications (2011), DOI: 10.1038/ncomms1186    
[13] d’après  www.climate4you.com
[14] il ne saurait en être autrement puisque l’intervalle entre 2019 et 1856 n’est que de 163 ans
[15] N.-A. Mörner et al., Changes in Barents Sea Ice Edge Positions in the Last 440 years: A Review of Possible Driving Forces, Int. J. Astr. (2020) 10, pp 97-164
[16] Le Treut, H., R. Somerville, U. Cubasch, Y. Ding, C. Mauritzen, A. Mokssit, T. Peterson and M. Prather, 2007: Historical Overview of Climate Change. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
[17] G. Geuskens, http://www.science-climat-energie.be/2018/08/06/le-co2-et-le-climat-avec-et-sans-effet-de-serre/
[18] les niveaux d’énergie quantifiés ou discrets correspondent à des raies d’absorption ou d’émission
[19] voir calculateur: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Kinetic/frecol.html
[20] B.M. Smirnov, Collision and radiative processes in emission of atmospheric carbon dioxide, J. Phys. D: Appl. Phys. (2018) 51214004
[21] https://www2.meteo.uni-bonn.de/projekte/SPPMeteo/wiki/lib/exe/fetch.php?id=cops_2a&cache=cache&media=cops_summer_school.turner_hsr_infrared.notes.pdf
[22] P. Charbonneau, Dynamo models of the solar cycle. Living Rev Sol Phys 17, 4 (2020),      https://doi.org/10.1007/s41116-020-00025-6  
[23] R. G. Wilson, B. D. Carter, and I. A. Waite, Does a Spin–Orbit Coupling Between the Sun and the Jovian Planets Govern the Solar Cycle ? Publ. Astr. Soc. Australia, 2008, 25, pp 85–93
[24] E. Parker, Nanoflares and the Solar X-Ray Corona, ApJ (1988) 330, p.474
[25] Solar Orbiter’s first images reveal ‘campfires’ on the Sun, 16/07/2020                         https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Solar_Orbiter/Solar_Orbiter_s_first_images_reveal_campfires_on_the_Sun
[26] IPCC, 2013: Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp., Chapter 5, p 393.
[27] André Berger, Le Climat de la Terre, Editions De Boeck Université, Bruxelles, 1992, p 97 et seq
[28] J. van Vliet, https://www.science-climat-energie.be/2019/09/05/recent-global-heat-waves-are-correlated-to-an-exceptional-solar-cycle-24/
[29] E. Friis-Christensen, K. Lassen, Length of the Solar Cycle: an Indicator of Solar Activity Closely Associated with Climate, Science, News Series, 254 (1991) pp. 698-700
[30] C.J. Butler, D.J. Johnston, A provisionnal mean air temperature series for Armagh Observatory, Journal of Atm. and Terr. Phys., 58 (1996) pp 1657-1672
[31] W. Soon, The Maunder Minimum and the Variable Sun-Earth Connection, 2003, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd
[32] http://www.arrl.org/news/noaa-nasa-panel-concurs-that-solar-cycle-25-will-peak-in-july-2025
[33] F. Clette et al., The revised Brussels-Locarno Sunspot Number (1981-2015), https://arxiv.org/abs/1507.07803
[34] IAU1508, Press Release, 7.8.2015, Corrected Sunspot History Suggests Climate Change since the Industrial Revolution not due to Natural Solar Trends,    https://www.iau.org/news/pressreleases/detail/iau1508/ [35] Arlt, R., Vaquero, J.M., Historical sunspot records. Living Rev Sol Phys 17, 1 (2020) https://doi.org/10.1007/s41116-020-0023-y
[36] pour rappel, une fonction analytique peut être développée en série de Taylor
[37] cela n’a rien d’étonnant puisque la longueur moyenne des cycles solaires est voisine de 11 ans
[38]https://notalotofpeopleknowthat.wordpress.com/2020/06/03/sunny-may-but-only-the-48th-warmest/
[39] Schmidt, M. W. & Hertzberg, J. E. (2011) Abrupt Climate Change During the Last Ice Age. Nature Education Knowledge 3(10):11 https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/abrupt-climate-change-during-the-last-ice-24288097/

Note : Dans le présent article d’opinion, l’auteur donne librement ses idées, de manière complètement indépendante et sans aucun conflit d’intérêts sur des questions d’intérêt universel, avec comme seul but l’avancement de l’humanité et de la science. 

Il remercie le Comité Editorial de Science, Climat & Energie pour les conseils et commentaires utiles.

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