Comment le changement climatique altère la rotation de la Terre

15 juillet 2024

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par ETH Zurich. Pour la première fois, les chercheurs de l'ETH Zurich ont réussi à expliquer pleinement les diverses causes du mouvement polaire à long terme dans le modèle le plus complet à ce jour, en utilisant des méthodes d'IA. Leur modèle et leurs observations montrent que le changement climatique et le réchauffement planétaire auront une plus grande influence sur la vitesse de rotation de la Terre que l'effet de la lune, qui a déterminé l'augmentation de la durée du jour depuis des milliards d'années.

Le changement climatique fait fondre les masses glaciaires au Groenland et en Antarctique. L'eau des régions polaires s'écoule dans les océans du monde, et surtout dans la région équatoriale.

« Cela signifie qu'un déplacement de masse se produit, ce qui affecte la rotation de la Terre », explique Benedikt Soja, professeur de géodésie spatiale au Département de génie civil, environnemental et géomatique de l'ETH Zurich.

« C'est comme quand une patineuse fait une pirouette, en commençant par maintenir ses bras près de son corps puis en les étendant », dit Soja. La rotation initialement rapide devient plus lente parce que les masses s'éloignent de l'axe de rotation, augmentant l'inertie physique.

En physique, nous parlons de la loi de conservation du moment angulaire, et cette même loi régit également la rotation de la Terre. Si la Terre tourne plus lentement, les jours deviennent plus longs. Le changement climatique modifie donc aussi la durée du jour sur Terre, même si ce n'est que très minime.

Les chercheurs de l'ETH du groupe de Soja ont publié deux nouvelles études dans les revues Nature Geoscience et Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) sur l'impact du changement climatique sur le mouvement polaire et la durée du jour.

Dans l'étude du PNAS, les chercheurs de l'ETH Zurich montrent que le changement climatique augmente également la durée du jour de quelques millisecondes par rapport à ses 86 400 secondes actuelles. Cela est dû au fait que l'eau s'écoule des pôles vers les latitudes inférieures, ralentissant ainsi la vitesse de rotation.

Une autre cause de ce ralentissement est la friction des marées, déclenchée par la lune. Cependant, la nouvelle étude en arrive à une conclusion surprenante : si les humains continuent d'émettre plus de gaz à effet de serre et que la Terre se réchauffe en conséquence, cela aurait finalement une plus grande influence sur la vitesse de rotation de la Terre que l'effet de la lune, qui a déterminé l'augmentation de la durée du jour depuis des milliards d'années.

« Nous, les humains, avons un plus grand impact sur notre planète que nous le pensons », conclut Soja, « et cela nous place naturellement une grande responsabilité pour l'avenir de notre planète ».

Cependant, les déplacements de masse à la surface de la Terre et à l'intérieur de celle-ci provoqués par la fonte des glaces modifient non seulement la vitesse de rotation de la Terre et la durée du jour : comme le montrent les chercheurs dans Nature Geoscience, ils modifient également l'axe de rotation. Cela signifie que les points de rencontre de l'axe de rotation avec la surface de la Terre se déplacent en réalité.

Les chercheurs peuvent observer ce mouvement polaire, qui, sur une longue période, atteint environ dix mètres par siècle. Ce n'est pas seulement la fonte des calottes glaciaires qui joue un rôle ici, mais aussi les mouvements qui se produisent à l'intérieur de la Terre.

Profondément dans le manteau terrestre, où la roche devient visqueuse en raison de la pression élevée, des déplacements se produisent sur de longues périodes. Et il y a aussi des flux de chaleur dans le métal liquide du noyau externe de la Terre, qui sont responsables à la fois de la génération du champ magnétique de la Terre et des déplacements de masse.

Dans le modèle le plus complet à ce jour, Soja et son équipe ont maintenant montré comment le mouvement polaire résulte des processus individuels dans le noyau, dans le manteau et du climat en surface.

« Pour la première fois, nous présentons une explication complète des causes du mouvement polaire à longue période », déclare Mostafa Kiani Shahvandi, l'un des doctorants de Soja et premier auteur de l'étude. « Autrement dit, nous savons désormais pourquoi et comment l'axe de rotation de la Terre bouge par rapport à la croûte terrestre ».

Une découverte en particulier qui ressort de leur étude est que les processus sur et dans la Terre sont interconnectés et s'influencent mutuellement. « Le changement climatique fait bouger l'axe de rotation de la Terre, et il semble que la rétroaction de la conservation du moment angulaire modifie également la dynamique du noyau terrestre », explique Soja.

Kiani Shahvandi ajoute : « Le changement climatique en cours pourrait donc même avoir un impact sur les processus profonds à l'intérieur de la Terre et avoir une portée plus importante que ce qui était initialement supposé ». Cependant, il n'y a guère de quoi s'inquiéter, car ces effets sont mineurs et il est peu probable qu'ils posent un risque.