Une équipe internationale de chercheurs présente dans Nature Geoscience une méthode pour mieux mesurer et simuler le refroidissement induit par les émissions de soufre des éruptions volcaniques. Ces émissions bloquent une partie du rayonnement solaire et tendent à refroidir la surface de la Terre pendant plusieurs années.

L’éruption du volcan Pinatubo en juin 1991 considérée comme la plus importante du 20ème siècle, a injecté 20 millions de tonnes de dioxyde de soufre dans la stratosphère et provoqué un refroidissement global moyen de 0,4°C. Le refroidissement suit ainsi toutes les grandes éruption. Mais cet impact en fait mal calculé a été plutôt surestimé.

Pour quantifier le refroidissement induit par les éruptions de magnitude supérieure à celle du Mont Pinatubo survenues ces 1 500 dernières années, les scientifiques ont généralement recours à deux approches :
La dendroclimatologie repose sur l’analyse des cernes de croissance des arbres. La  simulation numérique permet d’évaluer la réponse à l’effet des particules volcaniques. Ces approches fournissaient des résultats qui ne permettaient pas de déterminer avec précision l’impact des grandes éruptions volcaniques. Les refroidissements simulés par les modèles de climat étaient deux à quatre fois plus importants et duraient plus longtemps que ce que les reconstitutions dendroclimatiques établissaient.

Des évaluations divergentes

Ces écarts ont même conduit certains géophysiciens à douter de la capacité des cernes de croissance d’arbres à enregistrer les impacts climatiques des grandes éruptions passées et à remettre en cause la capacité des modèles à les simuler fidèlement.

Des chercheurs de l’Université de Genève (UNIGE), de l’Institut de Recherche pour le Développement (IRD), du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) et du Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) réconcilient les deux approches avec une méthode qui permet d’estimer avec précision les effets que pourraient avoir les futures éruptions.

Mieux connaitre les cernes des arbres

Dans cette équipe pluridisciplinaire, les dendrochronologues ont réalisé une nouvelle reconstitution des températures estivales de l’hémisphère nord pour les 1 500 dernières années. Ils ont analysé la largeur mais surtout la densité de cernes d’arbres très sensible aux variations de température. Cette donnée avait été négligée par le passé. Les données ont été récoltées à travers tout l’hémisphère nord, de la Scandinavie à la Sibérie, en passant par le Québec, l’Alaska, les Alpes et les Pyrénées. Toutes les éruptions majeures ont été clairement détectées dans cette reconstitution.

Les résultats montrent que l’année qui suit une grande éruption est caractérisée par un refroidissement plus prononcé que celui observé dans les reconstitutions précédentes. Ces refroidissements ne semblent pas persister plus de trois ans à l’échelle hémisphérique.

Calcul physique pour deux grandes éruptions

Les physiciens du climat ont eux, calculé le refroidissement engendré par les deux plus grandes éruptions du dernier millénaire, les éruptions du Samalas et du Tambora survenues en Indonésie en 1257 et 1815. Ce modèle prend en compte la localisation des volcans, la saison, la hauteur d’injection du dioxyde de soufre. Il intègre un module microphysique capable de simuler le cycle de vie des aérosols volcaniques depuis leur formation jusqu’à leur sédimentation et élimination de l’atmosphère.

« Cette approche inhabituelle permet de simuler de façon réaliste la taille des particules d’aérosols volcaniques et leur espérance de vie dans l’atmosphère, ce qui conditionne directement l’ampleur et la persistence du refroidissement provoqué par l’éruption », explique Markus Stoffel, chercheur à l’UNIGE. Ces simulations montrent que les perturbations des échanges de rayonnement étaient largement surestimées dans les simulations précédentes utilisées dans le dernier rapport du GIEC (Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat).

Pour la première fois, les résultats des reconstitutions et les modèles climatiques convergent quant à l’intensité du refroidissement et démontrent que les éruptions de Tambora et du Samalas ont induit, à l’échelle de l’hémisphère nord, un refroidissement moyen oscillant entre 0,8 et 1,3°C pendant l’été 1258 et 1816. Les deux approches s’accordent aussi sur la persistence moyenne de ce refroidissement évaluée à deux-trois ans.