PaléoEnvironnement

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Les sources de données

Les principales sources de données proviennent de :

– l’étude de la géologie du Quaternaire, notamment des sédiments ;

– des vestiges d’animaux et de végétaux.

Ces éléments ont en général un rapport direct avec le climat et l’environnement. A partir de la collecte de données, il est alors possible d’effectuer plusieurs traitements :

– l’identification des écofacts (espèces, taxons…), des espèces ou des sédiments ;

– la mise en relation des écofacts, notamment en comparaison des connaissances et de la situation actuelle ;

– à partir d’une hypothèse d’environnement reconstitué, l’étape suivante consiste à extraire les données climatiques et à les modéliser, en les replaçant dans un contexte spatio-temporel ;

– les modèles sont alors testés, par rapport à d’autres régions mais aussi par rapport aux données postérieures ou antérieures connues, qui doivent alors être corrélées.

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L’identification des écofacts

Elle s’appuie sur plusieurs disciplines assez pointues et qui ont largement fait leur preuve (voir > Le Laboratoire). Citons notamment la carpologie (étude des graines), la palynologie (étude des grains de pollen), l’anthracologie (étude des charbons de bois) ou encore l’archéozoologie…

L’identification peut s’appuyer sur des techniques statistiques, appelées taxonomie numérique. Elles consistent à utiliser des méthodes d’analyse factorielle et de classification automatique à partir d’éléments de biométrie. Ces méthodes permettent de prendre en compte la croissance des individus, les différences morphologiques sexuelles et la variabilité des espèces.

• Les caractéristiques déductibles du paléoenvironnement

A partir des données précédentes et par comparaison permanente avec les modèles actuels, les scientifiques tentent alors une reconstitution de l’environnement des échantillons. Ils effectuent une association espèces/type d’environnement et créent des classes évoluant dans la même niche écologique appelée “groupes écologiques”.

Le paléoclimat (traité sous formes de courbes paléoclimatiques, équations fonctionnelles qui modélisent le climat par ses paramètres – humidité, température..), qui est à l’origine du dépôt de sédiments, est modélisé par exemple à partir de mise en relation de mesures d’indicateurs physiques sur de grandes séquences chronologiques. La corrélation de ces variables avec le climat est alors à tester. L’ensemble doit être cohérent, ainsi que les interactions intra et inter groupes écologiques.

• La réalisation de courbes climatiques par analyse factorielle

La construction de courbes paléoclimatiques peut se réaliser à partir d’une variable ou de combinaisons linéaires de variables qui doivent être numériques, corrélées aux variations climatiques et connues sur de longues séquences (prélèvement dans les calottes glaciaires par exemple, ou de sédiments par carottage). La génération de la courbe paléoclimatique passe alors par plusieurs étapes :
– mise en corrélation et étalonnage des données sédimentaires de façon temporelle, en utilisant une méthode physique de datation absolue (voir >Datation) ;
– mise en corrélation des dépôts sédimentaires et du paléoclimat. Parmi les techniques utilisées signalons celle du rapport Température – Concentration de O18/O16, récupéré dans les calottes glaciaires par carottage.

Une fois ces étapes franchies, il est possible d’estimer les variables paléoclimatiques. Il peut s’agir par exemple de pourcentage d’une espèce dans un échantillon (grains de pollen, sédiments d’une certaine granulométrie…) ou d’une mesure dure d’un paramètre (rapport O18/O16 par exemple).

L’analyse factorielle à partir de tableaux d’effectifs (échantillons/variables par exemple) génère en général un axe dit “climatique”, qui va permettre de classer les échantillons selon des températures relatives. L’échelle climatique ainsi obtenue est une pièce maîtresse de la génération d’un modèle paléoclimatique.

• Les modèles

Les modèles construits font intervenir la compréhension des mécanismes climatiques, qui ne sont pas toujours simples. Une première approche consiste en une modélisation prédictive et non explicative par l’ajustement d’équations différentielles ou d’éléments algébriques ; une autre approche peut se concentrer sur la causalité, en tentant de mettre en relation des événements et le paléoclimat.

La première approche peut être obtenue par analyse spectrale, en utilisant la décomposition en série de Fourier du processus stochastique en combinaison de sinusoïdales d’amplitudes et de fréquences connues. Une fois la décomposition réalisée sur la courbe connue, sa projection peut être utilisée comme modèle prévisionnel.

La deuxième méthode est avant tout météorologique : elle fait appel à la thermodynamique et à la mécanique des fluides. Les modèles énergétiques s’appuient sur des hypothèses d’équilibre et mettent en relation les flux énergétiques et les évolutions de la température. L’utilisation de modèles météorologiques actuels est encore possible en utilisant les paléodonnées.