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Il y a 450 000 ans

Il y a 350 000 ans

Paléoenvironnements au cours du Quaternaire (-2,6 Ma à -10 000 ans)

Aujou Aujourd’hu rd’hu rd’huii

Licence 3 HAA – Semestre 1

Gorges des Gouleyrous (Tautavel) à différentes périodes

Définition : PALEOENVIRONNEMENT

• Le mot paléoenvironnement n’existait pas il y a plus de 50 ans. XIIIème s. : apparition du mot environneement (avec deux e) ¾ Signifie circuit / contour, puis action d’environner (XVème s.). ¾ Environnement est polysémique (mot qui a plusieurs signification).

Etymologie : préfixe grec « en » (dans) ; latin « virare » (virer, tourner). ¾ En-Viron-ne-ment. ¾ Virer -> Viron (ancien français, ronde, tour) -> Environ (en 1080, autour) -> Environner (XIIème s., faire le tour) -> Environs ( alentours) -> Environneement (XIIème s.) -> Environnement(s) (du XIIIème s. au XVIème s., tours, contours, circuits).

Le sens de environnement naturel apparaît plus récemment (seconde moitié du XIXème s.). ¾ Avant le XIXème, la prise de conscience de l'existence d'un environnement (lien entre la vie, les ressources naturelles et les paysages) s'est développée par vague et de manière différente selon les époques, les régions et les cultures humaines.

Définition : PALEOENVIRONNEMENT

Fin du XIXème s. / début du XXème s. : révolution industrielle en Occident. ¾ Forte consommation de ressources naturelles = prise de conscience de la rareté de certaines ressources. ¾ 1ères catastrophes industrielles et écologiques = sensibilisation de l’opinion publique. ¾ Développement des sciences naturelles conduisant à une meilleurs compréhension des phénomènes naturels.

1827 : apparition en anglais du mot environment ¾ Définition : ensemble des éléments et phénomènes physiques qui environne un organisme vivant.

1960 : définition en français du mot environnement ¾ emprunté de l’anglais, qui signifiait milieu . ¾ dans son acception la plus large, le mot Environnement évoque tout ce qui, à un moment donné, est " autour de nous ". ¾ Définition : d’agir sur les organismes vivants et les activités humaines. ¾ 1971 : 1er Ministère français de l’Environnement (sous le Président Pompidou).

Définition : PALEOENVIRONNEMENT

Au sens naturaliste, environnement va faire naître de nouveaux concepts issus des sciences de l’écologie (relation Homme-Animal et leurs milieux) : ¾ Ecosystème : l’ensemble formé par une communauté d’être vivant en interrelation avec son environnement ¾ Biogéographie : domaine de l’écologie qui détermine les aires de répartition des différentes espèces, ainsi que l’évolution de ces aires en fonction des variations de l’environnement ou des activités humaines ¾ Biome : vaste région biogéographique s’étendant sous un même climat. ¾ Biotope : un type de lieu de vie défini par des caractéristiques physiques et chimiques ¾ Biocénose : ensemble des êtres vivants d'un biotope, d'un milieu donné. ¾ Biosphère : ensemble des organismes vivants et leurs milieux de vie

Définition : PALEOENVIRONNEMENT

1970 : apparition du mot paléoenvironnement ¾ Paléo-en-viron-ne-ment (paléo : ancien) ¾ c’est l’environnement (milieu et conditions de vie) des temps passés (à un moment de l’histoire d’un lieu) ¾ Définition : regroupement de l'ensemble des caractères biologiques des biotopes d’un lieu donné à un moment précis et passé de son histoire.

Il y a 450 000 ans

Il y a 350 000 ans

Aujou Aujourd’hu rd’hu rd’huii

Définition : QUATERNAIRE

• Le mot Quaternaire apparaît en 1829 au tout début de la Géologie. Jules Desnoyer (géologue français ; 1800 – 1887) : ¾ étude de droit et de sciences naturelles ¾ secrétaire de la Société d’Histoire Naturelle de Paris (1825) ¾ fondateur de la Société Géologique de France (1830) ¾ permet de décrire les formations les plus récentes du bassin parisien (désigne les matériaux mal consolidés situés au-dessus des gisements du Miocène et du Pliocène du bassin de la Seine).

¾ correspond à l’ère la plus récente sur l’échelle des temps géologiques. ¾ débute à -2.6 Ma jusqu’à aujourd’hui, et succède à l’ère Tertiaire (-65 Ma à -2.6 Ma).

Définition : QUATERNAIRE

Extinctions massive des espèces

• Lorsque l’on remonte le temps, la Terre n’a pas toujours eu la configuration qu’on lui connait aujourd’hui (dérive des continents). ¾ Topographie différente des continents (tectonique des plaques + volcanisme). ¾ Position différentes des continents sur le globe terrestre. ¾ Par conséquent, le climat était différent. pliquent pas complètement  Les causes géologiques n’ex n’expliquent les changements de climat (et donc des paléoenvironnements).

• Configuration des continents durant le Quaternaire est similaire à aujourd’hui.

Configuration des continent durant l’ère Quaternaire

Configuration du continent européen à la fin du Crétacé (66 Ma) Terre entièrement glacée il y a 700 Ma

Echelle des temps géologiques

Définition : QUATERNAIRE

• Le mot Quaternaire apparaît en 1829 au tout début de la Géologie. 1839 : Charles Lyell (1797 – 1875) introduit le Pléistocène (époque) ¾ 3 subdivisions (étages étages) du Pléistocène: étages o Pléistocène inférieur (-2.6 Ma à -780 000 ans) o Pléistocène moyen (-780 000 ans à -126 000 ans) o Pléistocène supérieur (-126 000 ans à -10 000 ans) ¾ Il inclut la période culturelle du - Paléolithique (3,3 Ma à -10 000 ans) . ¾ Précède l’Holocène (Paul Gervais, 1867) = dépôt postérieur à la dernière période glaciaire, de -10 000 ans à aujourd’hui. ¾ L’Holocène inclut les périodes culturelles : - Epipaléolithique / Mésolithique (-9 500 ans) - Néolithique (-6 000 ans) - Âge du bronze (-2 200 ans) - Âge du fer - Antiquité - Moyen-âge - ….

Ere

n. m , a.

Epoque

Pléistocène Inférieur

Paléoenvironnements du Quaternaire font intervenir : ¾ La géographie (l’échelle à laquelle on se réfère : locale, régionale, continentale ou mondiale). ¾ La topographie (le relief du lieu). ¾ La géologie du sol. ¾ Le climat. ¾ La végétation. ¾ La biocénose.

Plan : I. Variations du climat II. Environnement végétal III. Variations de la faune

1. Variations du climat • Climat : combinaison des différents états de l’atmosphère en un lieu donné et durant une période définie.

¾ Par définition, la climatologie s'intéresse aux valeurs moyennes des paramètres météorologiques, à leur dispersion autour de cette moyenne, aux valeurs extrêmes et à leur durée de retour. Ne pas confondre METEO (ici) et CLIMAT

• La climatologie et la météorologie sont 2 domaines différents : ¾ L’échelle de temps : la météo étudie le temps à court terme contrairement à la climatologie. ¾ L’échelle d’espace : la météo se focalise sur des zones très précises alors que le climat s’applique au globe dans son ensemble.

1. Variations du climat • Climat : combinaison des différents états de l’atmosphère en un lieu donné et durant une période définie.

Paramètres mesurables : ¾ Température (°C) ¾ Précipitations (mm ou L/mm²) ¾ Humidité de l’air (g/ m3) Ne pas confondre METEO (ici) et CLIMAT ¾ Vent (km/h) ¾ Pression atmosphérique (hPa) ¾ Ensoleillement (lumière ou chaleur reflétée par la Terre et dégagé par le soleil)

(MJ/m² ou Wh/m²)

Découvertes des changements climatiques

• 1837 1837, J.L.R. Agassiz (1807-1873, géologue) : ……

Rochers polis et striés au milieu de vallées / forêts / Central Park

Découvertes des changements climatiques

• 1837 1837, J.L.R. Agassiz (1807-1873, géologue) : publication dans la Société des Sciences Naturelles de Neuchâtel que ces blocs sont charriés par les glaciers qui ont fondu par la suite = blocs erratiques.

Lyon, aujourd’hui

¾ temps plus froid auparavant.

Le « gros caillou » de Lyon

¾ preuve d’un âge glaciaire.

Lyon, dernier maximum glaciaire

Rochers ont été transportés par des glaciers

Découvertes des changements climatiques

• 1837 1837, J.L.R. Agassiz (1807-1873, géologue) : blocs erratiques déposés par d’anciens glaciers.

• 1842 1842, J.A Adhémar (1797-1862, mathématicien) : émet l’idée d’un lien entre les mouvements de la Terre (position Terre/Soleil) et le climat.

Joseph Alphonse Adhémar, Révolution de la Mer. Déluge périodique, 1842

Les périodes glaciaires sont contrôlées par des phénomènes astronomiques

Découvertes des changements climatiques

• 1876, J. Croll : étudie les fluctuations du climat au

cours du temps. Découvre que les variations de l'orbite terrestre influent de façon cyclique sur le climat terrestre. ¾ un changement dans les paramètres de l’orbite terrestre influence le bilan thermique des saisons (les températures). ¾ la baisse de l'insolation en hiver favorisait l'accumulation de neige, ce qui entraînerait une rétroaction positive (albédo)

Albédo : pouvoir réfléchissant d’une surface

James Croll, 1876

J. Croll est le premier à songer qu'un albédo couplé à la couverture de glace pourrait amplifier les variations radiatives du Soleil.

Découvertes des changements climatiques

• 1876, J. Croll : étudie les fluctuations du climat au

cours du temps. Découvre que les variations de l'orbite terrestre influent de façon cyclique sur le climat terrestre.

• 1901-1909 1901-1909, A. Penck et E. Brückner (géographes) : mettent en évidence dans les affluents du Danube qu’il y a eu au moins 4 glaciations dans l’Histoire récente de la Terre.

Eduard Brückner et Albrecht Penck

Bassin du Danube

Moraine latérale Lac glaciaire Eaux de fonte

Moraine frontale

Ancienne moraine

Coupe transversale du bassin du Danube – système « en marches d’escalier » des terrasses alluviales.

Bassin du Danube

Découvertes des changements climatiques 1901-1909, A. Penck et E. Brückner • 1901-1909 (géographes) : mettent en évidence dans les affluents du Danube qu’il y a eu au moins 4 glaciations dans l’Histoire récente de la Terre. ¾ chronologie glaciaire : Günz, Mindel, Riss et Würm Albrecht Penck

Coupe transversale du bassin du Danube – système d’empilement des terrasses alluviales

Fluctuation de la calotte glaciaire des Alpes

Découvertes des changements climatiques 1901-1909, A. Penck et E. Brückner • 1901-1909 (géographes) : mettent en évidence dans les affluents du Danube qu’il y a eu au moins 4 glaciations dans l’Histoire récente de la Terre. ¾ chronologie glaciaire : Günz, Mindel, Riss et Würm Entre ces périodes glaciaires, des périodes interglaciaires (réchauffement) - inter Günz-Mindel - inter Mindel-Riss Chronologi Chronologiee - inter Riss-Würm inter inter inter Périodes de réchauffement

Périodes de glaciation

Günz-Mindel Mindel-Riss

Günz

Mindel

Riss-Würm

Riss

Würm

Découvertes des changements climatiques 1901-1909, A. Penck et E. Brückner • 1901-1909 (géographes) : mettent en évidence dans les affluents du Danube qu’il y a eu au moins 4 glaciations dans l’Histoire récente de la Terre. ¾ chronologie glaciaire : Günz, Mindel, Riss et Würm Entre ces périodes glaciaires, des périodes interglaciaires (réchauffement) - inter Günz-Mindel - inter Mindel-Riss - inter Riss-Würm

Chronologie glaciaire alpine LIMITES :

1ère chronologie glaciaire

- Datations relatives (pas de date absolue) - Nombre inconnu de phase(s) par période glaciaire - Température (en °C )inconnue - Amplitude inconnue des fluctuations climatiques - Ne fonctionne qu’à l’échelle des Alpes

Découvertes des changements climatiques

• 1920 1920, M. Milankovitch (mathématicien serbe) : calcule

tous les paramètres de l’orbite terrestre. Il démontre le lien entre la fonte des inlandsis* et la quantité de chaleur (énergie solaire) que reçoit la Terre en fonction de sa position autour du Soleil. *inlandsis : glaciers permanents continentaux des pôles

• Met en évidence 3 paramètres orbitaux : ¾ Excentricité de l’orbite terrestre ¾ Obliquité de l’axe terrestre ¾ Précession des équinoxes

Milutin Milankovitch

Inlandsis au Groenland

Energie solaire et variations climatiques Normal au plan de l’écli l’écliptiqu ptiqu ptiquee

146 mill millions ions de km

151 mill millions ions de km Centre de l’ellipse

Caractéristiques de l’axe de rotation terrestre Trajectoire de l’orbite

Caractéristiques de l’orbite terrestre

Solstice : évènement astronomique où l’un des deux hémisphères reçoit un maximum d’énergie solaire en raison de son inclinaison face au Soleil. Equinoxe : évènement astronomique où la lumière du Soleil traverse le plan équatorial terrestre, changeant d'hémisphère céleste. Aphélie : point de la trajectoire de la Terre le plus éloigné du Soleil. Périhélie : point de la trajectoire de la Terre le plus proche du Soleil.

Energie solaire et variations climatiques 1. Précession des solstices et des équinoxes • Précession : rotation ¾ déplacement des équinoxes et des solstices le long de l’ellipse que décrit l’orbite terrestre

• Conséquence d’une lente rotation de l’axe de la Terre autour de l’axe perpendiculaire au plan de l’écliptique Dans cett cettee position, le point d’énergie noir reçoit peut d’é nergie solair solairee

l’éclip cliptique Plan de l’é clip tique

Dans cett cettee position, le point noir reçoit beaucoup d’éner gie solaire d’énergie

55%

55%

70%

70%

90%

90%

Energie solaire et variations climatiques 1. Précession des solstices et des équinoxes • Précession : rotation ¾ déplacement des équinoxes et des solstices le long de l’ellipse que décrit l’orbite terrestre

• Conséquence d’une lente rotation de l’axe de la Terre autour de l’axe perpendiculaire au plan de l’écliptique ¾ périodicité de 23 000 ans

l’éclip cliptique Plan de l’é clip tique

Dans cett cettee position, le point d’énergie noir reçoit peut d’é nergie solair solairee

Dans cett cettee position, le point noir reçoit beaucoup d’éner gie solaire d’énergie

Energie solaire et variations climatiques Il y a 11 500 ans

Hiver en aphélie : hiver froid

Hiver en périhélie : hiver doux

Energie solaire et variations climatiques 2. Obliquité de l’axe terrestre • Oscillation de l’inclinaison de l’axe de la Terre par rapport à l’axe perpendiculaire au plan de l’écliptique • Oscillation entre 21,5° et 24,5° (3° de variation) • Périodicité de 41 000 ans

Oscillation de l’axe de rotation terrestre

Oscillation de l’angle entre les rayons lumineux et l’équateur

Energie solaire et variations climatiques 3. Excentricité de l’orbite terrestre • Fluctuation constante de la forme de l’orbite en ellipse plus ou moins allongée • Ellipticité entre 0% et 5% • Périodicité de 100 000 ans

Changement de forme de l’ellipse

Energie solaire et variations climatiques Excentricité de l’orbite terrestre

100 000 ans

3. Obliquité de l’axe terrestre

41 000 ans

2. Précession des équinoxes

1.

23 000 ans

Energie solaire et variations climatiques • M. Milankovitch Milankovitch, 1920 : calcule la variation de l’insolation au cours des 600 000 dernières années. ¾ retrouve les 4 périodes glaciaires de la chronologie alpine de A. Penck et E. Brückner

¾ 9 phases glaciaires (3 phases Würm, 2 phases Riss, 2 phases Mindel, 2 phases Günz)

Inter Günz-Mindel

2 1 Günz

2

1

Mindel

Inter Mindel-Riss

Inter Riss-Würm

3 1 2 Riss

2 Würm

1

Energie solaire et variations climatiques Chronologi Chronologiee

inter inter inter Günz-Mindel Mindel-Riss Riss-Würm

Périodes de réchauffement Périodes de glaciation

Günz

Inter Günz-Mindel

2 1 Günz

2

1

Mindel

Mindel

Riss

Inter Mindel-Riss

Würm

Inter Riss-Würm

3 1 2 Riss

2 Würm

1

Energie solaire et variations climatiques Milankovich paar rapport à la chronologie alpine Avantage de la courbe de Milankovic hp - Dates absolues (chiffrées, mais pas tout à fait juste). - Idée sur le nombre de phases par période glaciaire (plus nombreuses). - Amplitude perceptible des fluctuations climatiques.

Limites : - Courbe théorique (pas de mesures directs). - Température (en °C) inconnue. - Amplitude détaillée inconnue des fluctuations climatiques.

Inter Günz-Mindel

2 1 Günz

2

1

Mindel

Inter Mindel-Riss

Inter Riss-Würm

3 1 2 Riss

2 Würm

1

Bibliographie Paléoenvironnements

• BARD, E., 2007 – L’homme face au climat. Collège de France, Edit. Odile Jacob, Paris, 448p. • BERGER, A., 1992 – Le climat de la Terre : un passé pour quel avenir ? Edit. De Boeck Université, Bruxelles, 459p. • BOURQUIN-MIGNOT, P. et al., 1999 – La botanique. Collection « Archéologique ». Edit. Errance, 208p. • CHAIX L., MENIEL, P., 2001 – Archéozoologie. Edit. Errance, Paris, 239p. • DECONNICK, J-F., 2006 – Paléoclimat. Edit. Société Géologique de France, Vuibert, Paris, 198p. • DUPLESSY, J-C., 1996 – Quand l’océan se fâche. Edit. Odile Jacob, Paris, 279p. • FOUCAULT, A., 1993 – Climat, histoire et avenir du milieu terrestre. Edit. Fayard, coll « Le temps des sciences », Paris, 328p....