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6 avril 2023 4 06 /04 /avril /2023 15:57

Jacques Bourgois   

blog : http://www.jacques-bourgois.org

Résumé

Le rejet massif des gaz à effet de serre dans l’atmosphère est considéré par la climatologie « main stream » (climatologie dominante) comme la cause principale (sinon unique) du réchauffement global actuel. L’implication première de cette affirmation est que l’augmentation de la température doit intervenir postérieurement à l’augmentation du rejet anthropique des gaz à effet de serre. Ce point essentiel n’est pas démontré.

Les données géo-climatiques du passé de la Terre montrent la préséance de la température sur le CO2. Depuis 60 millions d’années (Ma), le paramètre température précède l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère ; y compris lors de crises majeures dites « aberrantes ». Le CO2 est un  paramètre d’ordre 2 de la climatologie.

Une réponse satisfaisante doit être apportée à la question, non résolue, de savoir qui du CO2 ou de la température précède l’autre dans la période actuelle.

L’affirmation selon laquelle le réchauffement global actuel serait d’origine anthropique présuppose implicitement un changement de paradigme, la conséquence (l’augmentation du CO2) pour le passé de la Terre devenant la cause du réchauffement pour son histoire présente.

« Plain language summary »

Le rejet anthropique des gaz à effet de serre dans l’atmosphère est considéré comme la cause principale (sinon unique) du réchauffement global actuel. L’implication première de cette affirmation est que l’augmentation de la température doit intervenir postérieurement à l’augmentation du rejet massif des gaz à effet de serre. Ce point essentiel n’est pas démontré par la communauté dominante des climatologues du GIEC.

Les enregistreurs du passé climatique de la Terre montrent la préséance de la température sur le CO2. Depuis 60 millions d’années (Ma), le paramètre température précède et induit l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère. Cela concerne, en particulier, les trois grandes crises climatiques dites « aberrantes » décrites et analysées dans la revue Science par Zatchos et co-auteurs en 2001.

Le CO2 est un  paramètre d’ordre 2 du climat passé de la Terre.

L’affirmation selon laquelle le réchauffement global actuel serait d’origine anthropique présuppose implicitement un changement de paradigme : uniformitarisme versus catastrophisme. En effet, la conséquence (l’augmentation du CO2) pour le passé de la Terre deviendrait la cause du réchauffement pour son histoire présente. Ce point méthodologique n’est jamais évoqué.

Le présupposé du CO2 et le flou du cadre méthodologique induisent un resserrement du champs d’exploration des causes possibles du réchauffement climatique. L’intervention éventuelle d’un événement naturel de type « aberrant », dissimulé derrière le rejet massif des gaz à effet de serre, est ignorée.

1- Les données de base

  La récession accélérée des glaciers de montagne le retrait de la banquise arctique et la fonte des glaces du Groenland sont des marqueurs incontestables d’un réchauffement global. Les mesures par satellite confirment l’élévation de la température moyenne de la Terre. Le réchauffement global récent de la planète est une donnée bien établie. Personne ne la conteste.

 Corrélativement à l’élévation de la température, l’augmentation de la concentration du dioxyde de carbone et de tous les autres gaz à effet de serre, signe un changement important de la composition chimique de l’atmosphère terrestre.

  L’évolution parallèle des courbes du dioxyde de carbone et de la variation de la température moyenne de la Terre au cours des temps géologiques (on parle ici en milliers, dizaines et centaines de milliers d’années) est une donnée fondamentale solidement établie. Le carottage de glace du site de Vostok (Antarctique) qui couvre les 400.000 dernières années (Fig. 1) en donne une illustration convaincante. La corrélation des variations du CO2 et de la température reste valable pour la période récente comme le montrent les enregistrements effectués par la NOAA entre 1980 et 2008 à l’observatoire de Mauna Loa (voir le site de la NASA). La concentration du CO2 dans atmosphère terrestre varie avec la température, dans une étroite similitude d’évolution.

2- Augmentation du CO2 cause du réchauffement global actuel ?

  La climatologie «main stream» considère (Bréon, 2016) que « le moteur des changements climatiques sur le dernier million d’années n’est pas le même que celui sur le dernier siècle ». Et d’ajouter : « Les climatologues n’annoncent pas une hausse des températures sur la base d’une corrélation observée avec le CO2 dans le passé, mais bien sur la base d’une compréhension des mécanismes physiques qui lient les deux ». Ces mécanismes physiques dont on n’imagine pas qu’ils puissent être différents de ceux du passé justifieraient donc la proposition fondatrice d’une climatologie nouvelle (différente de celle du passé) dans laquelle le CO2 contrôlerait la température en première instance. L’augmentation de la teneur du CO2 dans l’atmosphère doit donc nécessairement précéder celle de la température. Ce point fondamental n’a pas reçu de démonstration.

  Dans une formulation limpide, Bréon (2016, p. 11) explicite le caractère axiomatique  de la préséance du CO2: « La hausse des températures est donc avérée et il est quasi-certain

Figure 1. Co-variation de la température DT °K (courbe rouge) et du (CO2 courbe bleue en ppmv, partie par million en volume) dans le carottage de glace du site Vostok (Antarctique) pour les 400.000 dernières années  (adapté de Petit et al., 1999). D’une manière générale on observe une co-variation d’évolution entre le CO2 et la température (les courbes bleue et rouge présentent des tracés proches l’un de l’autre). Cependant certains segments du graphique montrent un découplage du CO2 et de la température. C’est le cas du passage d’un optimum climatique (chaud, pics vers le haut des courbes, notés périodes chaudes en orange) vers la glaciation suivante (pics vers le bas des courbes, notés glaciations en bleu). L’exemple de l’Eémien (zone grise centrée sur l’optimum chaud à 128.000 ans est le plus démonstratif.  Sur la droite de la zone grise, la co-variation du CO2 et de la température est « parfaite » (période de réchauffement de la planète qui passe d’une glaciation vers un stade de haut niveau marin). Sur la gauche de la zone grise la courbe du CO2 est décalée vers la gauche. Cette situation résulte de l’héritage d’un découplage du CO2 et de la température intervenu à 128.000 ans  lors de l’optimum climatique (voir le zoom de la Fig. 6).

qu’elle est liée à l’augmentation de la concentration en gaz à effet de serre ». L’expression qu’il faut ici garder en tête est celle de « quasi-certain ». La climatologie « main stream » envisage bien, sans démonstration, qu’une rupture majeure interviendrait actuellement. Elle considère de manière purement intuitive qu’une absence de réchauffement serait plus que surprenante compte tenu de l’augmentation des concentrations des gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

3- Paradigme: uniformitarisme versus catastrophisme.

L’uniformitarisme considère que les phénomènes géologiques du passé s’expliquent à partir des processus actuellement à l’œuvre. Il y a continuité historique. Inversement un mécanisme actuel, un processus à l’oeuvre doit trouver son équivalent dans le passé géologique de la Terre. Les grands fondateurs de l’uniformitarisme sont le géologue écossais James Hutton (1726-1797) et Jean-André Deluc (1727-1817) pour la France. Par la suite, l’uniformitarisme, base de la géologie moderne, a été largement popularisé par Charles Lyell (1797-1875).

A l’inverse, le catastrophisme envisage l’évolution de la terre au travers d’événements exceptionnels, catastrophiques dont l’un des partisans scientifiques les plus important en géologie fut Georges Cuvier (1789-1832).

L’enregistrement géologique des paramètres paleoclimatique de la Terre montre la préséance de la température sur le C02 depuis au moins 60 Ma. Ainsi, les forages de glace de Vostok  (Antarctique) comme ceux du Groënland qui enregistrent les variations pour les 800.000 dernières années montrent une co-variation du CO2 et de la température (Fig. 1). En phase de réchauffement, les enregistrements ne permettent pas de trancher l’ordre dans lequel ils apparaissent, c’est-à-dire identifier lequel des deux paramètres contrôle l’autre. Cependant, il est des situations dans lesquelles la variation de la température précède clairement celle du CO2 alors que l’inverse n’est jamais identifié.  C’est également le cas pour des situations plus anciennes comme le maximum thermique de la fin du Paléocène où la température  est le paramètre directeur d’ordre 1. La préséance de la température sur le CO2 défini le cadre uniformitarisme d’évolution paléoclimatique de la Terre.

Considérer que le rejet massif du CO2 dans l’atmosphère soit la cause essentielle du réchauffement actuel de la planète place la climatologie « main stream » dans le cadre d’un changement implicite de paradigme. Ce n’est plus le paramètre température qui contrôle la teneur des gaz à effet de serre dans l’atmosphère comme pour le passé géologique de la Terre. Il y aurait inversion de la cause dans la période récente. Les tenants de l’origine humaine (anthropique) du réchauffement actuel se placent implicitement dans le cadre philosophique d’une rupture. Nous assisterions à la mise en place d’un mécanisme fondamental et unique du contrôle du climat terrestre. Il s’agirait d’un événement exceptionnel du type de ceux invoqués par les partisans du catastrophisme en géologie.

Considérer le rejet des gaz à effet de serre dans l’atmosphère comme la cause première, fondamentale du réchauffement global est une révolution conceptuelle. Cela correspond à un changement de paradigme majeur qui doit recevoir une justification scientifique argumentée. En particulier l’on doit démontrer que l’augmentation de la température est postérieure à l’augmentation du CO2 pour envisager l’activité humaine comme cause principale du réchauffement actuel. Si une réponse satisfaisante n’est pas apportée à la question de qui précède l’autre, du CO2 ou de la température, il faut alors considérer que d’autres facteurs ou mécanismes naturels puissent être à l’origine du réchauffement climatique actuel; le rejet anthropique des gaz à effet de serre n’ayant ici que le rôle marginal de masquer l’essentiel.

4- Préséance de la température sur le CO2 pour le passé de la Terre

Le concept d’aberration climatique (Zachos et al., 2001) s’appuie sur l’identification d’évènements catastrophiques de courte durée intervenus pendant le Cénozoïque (65 millions d’années à actuel). Il s’agit (1) du maximum thermique de la fin du Paléocène (LPTM, 55 millions d’années) avec une augmentation de la température des eaux de surface de 8°C en moins 10.000 ans et des teneurs de 1000 à 2000 ppm de CO2 dans l’atmosphère (2 à 5 fois plus qu’actuellement); (2) de l’apparition de la calotte glacière antarctique à la limite Eocène-Oligocène il y a 34 millions d’années, en moins de 400.000 ans ; et (3) du maximum glaciaire à la limite Oligocène-Miocène (23 millions d’années) dont la durée est d’environ 200.000 ans. L’application du concept « d’aberration climatique » pour ces événements ponctuels à très forte signature géo-climatique est paradoxal en ce qu’ils semblent conforter les tenants du catastrophisme. En fait, il est acquis d’une part que l’histoire de la planète est ponctuée d’événements cataclysmiques qui sont l’expression intrinsèque, naturelle, du processus climatique ; et que d’autre part ces évènements ne remettent pas en cause la préséance de la température sur le CO2 et restent dans un cadre uniformitariste.

Ainsi, pour le maximum thermique de la fin du Paléocène (LPTM), il est envisagé qu’une déstabilisation massive des hydrates de méthane (clathrates) des fonds marins soit à l’origine du rejet de 2600 Giga tonnes de méthane (CH4) dans l’atmosphère. Une telle déstabilisation massive implique le franchissement d’un seuil thermique dont le préalable est un réchauffement des eaux océaniques profondes. Quelle que soit la cause de ce réchauffement, il précède et induit le rejet massif du CH4 dans l’atmosphère (cadre uniformitariste).

Les deux autres aberrations climatiques correspondent à des évènements extrêmes en Antarctique. Même si le forçage (perturbation de l’équilibre climatique) des gaz à effet de serre est envisagé comme un amplificateur possible,  il n’est pas considéré comme la cause première  de ces aberrations. Le mécanisme déclencheur proposé est  ici d’origine tectonique en association avec le forçage orbital (Fig. 3) qui agissent sur le système climatique au travers d’un seuil physique de température. Ici également la température précède la variation de la concentration des gaz à effet de serre qui agissent ensuite comme un paramètre physique d’ordre 2 dans un processus correspondant au concept de sensibilité climatique, le cadre reste celui de l’uniformitarisme.

L’étude du passé de la Terre montre l’existence d’événements naturels temporellement ponctuels et catastrophiques. L’élément déclencheur est un seuil de température qui agit sur le système climatique global. Ces évènements aberrants, d’origines variées ont un caractère récurrent, ils font partie intégrante de la variabilité climatique naturelle. L’augmentation de la température actuelle pourrait, fort bien, trouver son origine dans l’intervention d’évènements ou mécanismes naturels, internes ou externes (comme ceux du Cénozoïque) dans lesquels un effet de seuil physique, la température, accélère la réponse du système climatique.

Figure 2. A, B, et C montrent les composants primaires orbitaux de la Terre. D à droite montre l’évolution paléogéographique du Cénozoïque. Les forces gravitationnelles des autres planètes affectent l’orbite de la Terre. Cela contrôle la distribution de la radiation solaire (insolation) qui oscille dans le temps. Il existe trois perturbations orbitales avec quatre périodes principales : A- L’excentricité (400 ka et 100 ka), l’obliquité (41 ka) et la précession (23 et 19 ka). L’excentricité se réfère à la forme de l’orbite terrestre, ses variations influent peu sur le climat. B- L’obliquité se réfère au basculement de axe terrestre relativement au plan de l’écliptique. Un angle élevé augmente le contraste des saisons (étés plus chauds et hivers plus froids). C- la précession se réfère à l’oscillation de l’axe de rotation qui décrit un cercle dans l’espace avec une période de 26 ka. La précession modulée par l’excentricité détermine l’endroit de l’orbite autour du soleil où se produisent les saisons. Cela augmente le contraste saisonnier dans un hémisphère et le diminue dans l’autre. D- Montre la répartition des masses continentales au cours du Cénozoïque. Modifié de Zachos et al. (2001).

Le rejet massif des gaz à effet de serre associés à l’activité humaine pourrait donc effectivement revêtir un aspect dangereux en masquant un événement climatique de type aberrant d’origine naturelle. Par leur existence même, les événements climatiques aberrants appuient la nécessité de promouvoir une recherche à spectre plus ouvert que celui très cadenassé de la seule cause anthropique actuellement envisagée. Il conviendrait pour la communauté climatologique « main stream » de sortir du cadre strictement anthropique dont les implications conceptuelles du catastrophisme ne paraissent ni totalement évaluées, ni réellement justifiées.

 

5- Part anthropique du CO2

On considère qu’approximativement la moitié des émissions humaines du  CO2 restent dans l’atmosphère, alors que l’océan et les continents (sols etc..) absorbent le reste. Cette  évaluation ne doit pas masquer le principal du problème. Il est en effet difficile de mesurer réellement la part respective des émissions naturelles et anthropiques à l’origine du réchauffement. De plus des incertitudes demeurent sur la réponse du climat en regard des déficits d’information et de mesure à ce sujet.

Figure 3. Enregistrement des concentration moyennes du CO2 entre le 1 octobre et le 11 novembre 2014 par le satellite OCO-2 opéré par la NASA.

(https://www.eoportal.org/satellite-missions/oco-2#looking-ahead)

Les données acquises par le satellite OCO-2 opéré par la NASA donnent une idée des difficultés qui existent pour identifier l’origine des émissions du CO2 comme des zones de disparition, d’absorption (puits de CO2). Le document satellitaire OCO-2 (Fig. 3) montre une ceinture à très forte concentration de CO2 (couleur chaude orange-rouge) qui relie les forêts amazonienne et congolaise à l’Indonésie. Dans le même temps les zones développées à forte densité de population du monde occidental (Amérique du Nord, Europe de l’Ouest) sont d’une relative discrétion avec de faibles concentrations de CO2. Seule la Chine présente un fort pole d’émission. Parallèlement le Pacifique Nord, l’Atlantique central et les hautes latitudes de la ceinture océanique péri-Antarctique sont des zones d’élimination du CO2. La carte Satellitaire OCO-2 montre une partie des problèmes que pose le « tout anthropique » de la climatologie « main stream ». En l’état actuel des connaissances une quantification de la part revenant aux émissions anthropiques paraît difficile.

6- Remontée de l’océan mondial, le « juge de paix ».

L’évolution du niveau marin est d’une particulière importance car elle est indépendante de la préséance des deux variables essentielles du climat : la température et le rejet des gaz à effet de serre (anthropique et naturel). Le niveau de l’océan mondial enregistre une réponse synthétique et cumulée de la température quelle qu’en soit l’origine. Il doit faire l’objet d’une attention particulière.

Une conséquence du réchauffement climatique actuel est la fonte des glaces et son corollaire l’élévation du niveau des mers. Une remontée brutale et significative du niveau de l’océan mondial serait une catastrophe planétaire car la zone côtière est occupée par 20% de la population du globe. Ce danger potentiel érigé en menace imminente par la climatologie « main stream » prend forme de prédiction et devient de la sorte une arme politique.

Figure 4. Remontée du niveau marin depuis le dernier maximum glaciaire (environ 20.000 ans) à partir des enregistrements géologiques autour de la planète. Noter le ralentissement important depuis environ 6000 ans avec aplatissement de la courbe vers la période récente (accélération du ralentissement).

 En vérité, la remonté du niveau de l’océan mondial résulte de l’augmentation du volume de la masse d’eau, induite par l’élévation de la température, à laquelle s’ajoute la fonte des glaces proprement dite. Certaines projections du GIEC (Masson-Delmotte, 2022) avancent des valeurs de remontée du niveau marin qui se compterait en mètres à la fin du siècle.

Prédire l’avenir environnemental de notre planète implique d’en lire convenablement les archives du passé. C’est-à-dire analyser correctement les enregistreurs géologiques et climatiques de son histoire. Le niveau de l’océan mondial est monté de 120 à 130 m (Fig. 4) depuis le dernier maximum glaciaire  il y a ~20.000  ans (=20 millénaires, =200 siècles). De très nombreuses données fiables et concordantes documentent solidement cette assertion. Admettant une évolution linéaire dans le temps, cette remontée serait de 0,65 m par siècle en moyenne. Nous savons que cela n’est pas le cas car la remontée du niveau marin est en effet rapide entre 20.000 ans et 6.000 ans, puis plus lente par la suite. L’élévation est d’environ 6 m pour les 6000 dernières années, ce qui correspondrait à une remontée de 0,10 m par siècle en moyenne pour les six derniers millénaires.

Les données du GIEG (site de Météo France) s’accordent sur une remontée de 0,16 m ± 0.04 m pour la période 1902-2015, ce qui correspond à une valeur de 0,14 m ± 0,03 m pour un siècle. La remontée excédentaire du niveau de la mer proposée par le GIEC comparée à celle, mesurée, des enregistreurs géologiques est comprise entre 1 cm et 7 cm pour la période 1915-2015. Une autre estimation du GIEC pour la période 1901-2011 est un peu plus élevée à 0,16 m par siècle. En admettant que les mesures rapportées sur le site de Météo France/GIEC soient exactes, on peut en conclure que le niveau de la mer est remonté de 10 à 16 cm au maximum pendant le siècle dernier (entre 1915 et 2015).

Les enregistrements mesurés du passé le plus proche (Fig. 4) ne suggèrent pas une projection vers une catastrophe d’ampleur métrique. L’évolution du niveau moyen des océans mesuré par les satellites TOPEX-POSEIDON puis JASON montre une élévation de 0,04 m pour la période 1995-2010 ce qui autoriserait une projection à 0,26 m rapportée au siècle. D’autres mesures convergent vers des valeurs qui n’excèdent pas 0,30 m par siècle (Koonin, 2021). De fait, nous sommes très loin des 5 m d’élévation prophétisés par Al Gore sur la base des données  publiées par Hansen (2007) dans Environmental Research Letters : « ….the ice sheet contribution is 1cm for the decade 2005-15 and that it doubles each decade until the West Antarctic ice sheet is largely depleted. That time constant yields a sea level rise of the order of 5 m this century ». « …La contribution de la calotte glaciaire est de 1 cm pour la décennie 2005-15 et elle doublera chaque décennie jusqu'à ce que la calotte glaciaire de l'Antarctique ouest soit largement fondue. Cette constante de temps donne une remontée du niveau de la mer de l'ordre de 5 m pour ce siècle ».

La remontée de l’océan mondial telle que restituée à partir de la projection des données géologiques (= mesurées pour les 6 derniers millénaires) ou bien celle reconstruite à partir des données météorologiques (= mesurées pour le dernier siècle) ne suggèrent pas de rupture flagrante d’évolution dans un avenir proche. Les valeurs prédites à partir des modèles examinés par le GIEC (Masson-Delmotte, 2022) proposent des estimations d’un ordre de grandeur supérieur pour la fin du siècle. C’est en ce point précis que s’exprime la rupture conceptuelle entre les tenants de l’actualisme (projection) et ceux du catastrophisme (prédiction de modèles).

7- Examen d’une publication scientifique archétypale de la climatologie « main stream »

7-1- Pourquoi la publication de Hansen et al. (2013 et 2020)

Il est ici proposé de s’arrêter sur un article emblématique paru en 2013 dans Philosophical Transactions of the Royal Society dont les auteurs, James Hansen, Makiko Sato, Gary Russell, et Pushker Kharecha sont d’éminents scientifiques de la Columbia University et du NASA Goddard Institute. Le titre de l’article est: « Climate sensitivity, sea level and atmospheric carbon dioxyde » (Sensibilité climatique, niveau de la mer et dioxyde de carbone atmosphérique), Soc A 371: 20120294, http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2012.0294. Cette publication (republiée in-extenso en 2020) offre l’intérêt d’une vision synthétique de la position de la climatologie « main stream » proposée  par des chercheurs de premier plan. Elle justifie scientifiquement le cadre alarmiste dans lequel évolue la climatologie « main stream ». Cette publication est en dehors des évaluations collégiales du GIEC et de sa communication politique et médiatique.

La dernière phrase du résumé de Hansen et al. (2013, 1* original du texte en anglais) appui le caractère alarmiste: «Brûler tous les combustibles fossiles rendrait une grande partie de la planète inhabitable pour l’homme ce qui remet en cause les stratégies d’adaptation au changement climatique ». La publication de Hansen et al. (2013) offre également l’opportunité d’aborder des points de discussion d’intérêt général comme le rôle des paramètres orbitaux de la Terre, les apports des forages de glace ou le concept central de sensibilité climatique.

7-2- préséance de la température et paramètres orbitaux

Hansen et al. (2013, 2* original du texte en anglais) écrivent: « La co-variation de la température, du niveau de la mer et du CO2 donne des informations sur la réponse de la sensibilité climatique aux forçages externes et sur la vulnérabilité du niveau de la mer au changement climatique ».

Le travail pionnier de Milankovitch publié en 1941 montre que les paramètres orbitaux de la Terre (excentricité, obliquité et précession des équinoxes) contrôlent les variations cycliques du climat terrestre (Fig. 1). Par la suite, Hays et al. (1976) ont publié dans la revue Science un article intitulé: « Variations in the Earth’s orbit : pacemaker of the Ice ages », (variation de l’orbite terrestre : stimulateur cardiaque des époques glaciaires). Ces travaux montrent que les changements de la géométrie orbitale de la Terre (Fig. 2) sont la cause fondamentale de la succession des glaciations du Pleistocène (1,81 Ma à actuel). Les paramètres orbitaux contrôlent l’insolation de la Terre. Depuis 500.000 ans, les changements climatiques majeurs ont suivi des variations d’obliquité et de précession (Ohneiser et al., 2023).

Ainsi, pendant le Pléistocène (Quaternaire supérieur) la température et le CO2 (Fig. 1) évoluent de manière parallèle sous strict contrôle orbital. Si l’on conçoit facilement le contrôle de l’insolation par les paramètres orbitaux, ce qui implique en première instance l’augmentation ou la diminution de la température (Yan et al., 2023), puis par la suite la concentration du CO2 dans l’atmosphère, plus obscur serait d’envisager l’inverse. C’est-à-dire proposer qu’une variation de l’insolation provoquerait en première instance une variation du CO2 dans l’atmosphère qui à son tour serait la cause d’une augmentation de la température. Si par extraordinaire cela était le cas, il conviendrait d’en proposer une démonstration. L’inversion qui propose l’augmentation du CO2 comme cause première de l’augmentation de la température dans la période récente ne peut opérer que dans le cadre d’un changement de paradigme, c’est-à-dire un passage du cadre uniformitariste (préséance de la température) à celui du catastrophisme (préséance du CO2). Rien n’indique l’innocuité d’un raisonnement uniformitariste (voir plus haut) pour la période récente, aucun seuil quantifié de rejet de gaz à effet de serre dans l’atmosphère n’est identifié qui impliquerait une inversion de la cause avec la primauté d’un contrôle du CO2 sur l’élévation de la température.

7-3- Carottes de glace, dé-corrélation de la température et du CO2

Les carottes de glace du site de Vostok (Antarctique) ont permis d’échantillonner des glaces dont l’âge couvre la période des 400.000 dernières années. Avant l’optimum

Figure 5. Variation de la température DT °K et du CO2 après l’optimum climatique (chaud) de l’Eémien à 128.000 ans. Entre 128.000 ans et 114.000 ans le rejet de CO2 dans l’atmosphère reste stable autour de 274 ppmv alors que la température diminue d’environ 7,3 °K. La stricte corrélation de la température et du CO2 qui prévalait avant l’optimum climatique de l’Eémien disparaît pendant 14.000 ans, les deux paramètres dé-corrélés évoluent indépendamment (adapté d’après le blog Energy Matters, euanmearns.com).

climatique (chaud) à 128.000 ans (Fig. 1), la température co-varie dans une corrélation stricte avec le CO2, cela se produit pendant une phase de réchauffement de la planète qui évolue d’une glaciation vers une période chaude de haut niveau marin. Après l’optimum climatique daté à 128.000 ans, entre 128.000 ans et 114.000ans, le CO2 reste stable autour de 274 ppmv (Fig. 5) et ne joue aucun rôle, alors que l’histoire humaine est engagée de longue date. Sur une longue période de temps (14.000 ans) la diminution de la température précède celle de la pression partielle de CO2 dans l’atmosphère. Cet exemple montre que la température peut évoluer indépendamment du CO2 sur une longue période de temps.

Pour la période récente subactuelle les enregistrements à l’observatoire de Mauna Loa effectués par la NOAA entre 1979 et 2005 montrent que l’augmentation du CO2 suit l’augmentation de la température avec un décalage de 6 mois (voir site de la NOAA).

La dé-corrélation entre le CO2 et la température postérieure à l’optimum de l’Eémien n’est pas exceptionnelle (Fig. 1). Lors du passage d’un optimum climatique (pics chauds) en direction de températures plus froides (vers une glaciation) le CO2 et la température présentent une dé-corrélation qui s’atténue avec le temps. L’alternance corrélation dé-corrélation semble modulée avec une constante de temps contrôlée par les paramètres orbitaux. Une projection de l’évolution à long terme des paramètres orbitaux, sans tenir compte de l’effet anthropique montre que la planète se dirige vers un nouveau cycle glaciaire (Hays et al., 1976). Puisque la planète se trouve actuellement dans une période d’optimum climatique comparable à celle de l’Eémien, il serait utile que les préoccupations scientifiques s’affranchissent d’injonctions d’évidences pour étudier plus en détail une ou des situations de dé-corrélation du CO2 et de la température. L’étude détaillée du segment de temps 128.000 ans-114.000 ans (Fig. 5) pourrait être riche d’enseignement pour considérer le futur de notre planète d’une manière plus ouverte.

Les travaux de Veres et al. (2013) et de Bazin et al. (2013) ont amélioré la résolution temporelle des forages de glace effectués en Antarctique et au Groenland. Ces travaux couvrent les 800.000 dernières années. Ils concernent donc la période cruciale du segment de temps 128.000 ans à 114.000 ans (Fig. 5) pendant laquelle le CO2 et la température présentent une dé-corrélation. Malheureusement le partage de leurs travaux respectifs, avant et après 120.000 ans, laisse la période des 14.000 ans qui suit l’optimum climatique Eémien à la marge de leurs préoccupations.

7-4- Sensibilité climatique, un concept opaque

Hansen et al. (2013) écrivent (3*, original du texte en anglais): « La sensibilité climatique dépend de l’état initial du climat, mais peut potentiellement être déduite avec précision à partir de données paléoclimatiques précises. Les oscillations du climat au Pléistocène (2,58 Ma -11,5 ka) montrent une réponse rapide de 3 ± 1°C pour un forçage du CO2 correspondant à 4W par m2 (watt par m2) si l’on utilise comme étalonnage le réchauffement Holocène par rapport au dernier maximum glaciaire (LGM), mais l’erreur (l’incertitude) est substantielle et en partie subjective en raison de la mauvaise définition de la température globale du dernier maximum glaciaire et d’une possible influence humaine pendant l’Holocène (derniers 11,5 ka) ».

Ici, s’invite le concept de sensibilité climatique. La climatologie « main stream » utilise l’action du CO2 sur la sensibilité du climat comme la variation de température en °C associée à un doublement de la concentration du dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Hansen et al. (2005) estiment une augmentation de la température moyenne de la terre de 4,1 Wm-2 pour un doublement du CO2 rejeté dans l’atmosphère. Nous sommes ici dans l’évaluation d’une température induite par le rejet d’une quantité déterminée de CO2 dans l’atmosphère. Nous sommes donc clairement dans le cadre méthodologique catastrophiste (préséance du CO2), en inversion des causes identifiées en paléoclimatologie (préséance de la température).

La sensibilité climatique pour la climatologie « main stream » correspond également à un paramètre injecté dans la modélisation du réchauffement climatique. Ce paramètre est considéré comme une propriété générale du système climatique. Dans un modèle climatique global couplé océan-atmosphère, la sensibilité climatique devient une propriété émergente. Cette propriété émergente n’est plus un simple paramètre du modèle, mais la résultante d’une combinaison de facteurs physiques et de paramètres estimés. Le modèle n’est plus strictement « physique », il devient « modèle émergent »  utilisé comme moyen propre d’enquête sur le climat du passé.». Hansen et al. (2013) écrivent (4*, original du texte en anglais): «Nous utilisons un modèle global, aux processus essentiels simplifiés, pour analyser l’état de dépendance de la réponse climatique et enquêter en direction d’une vulnérabilité plus importante vers les périodes (du passé) les plus chaudes, avec une faible couverture nuageuse en diminution avec un accroissement de la vapeur d’eau en altitude qui élève la tropopause ». Les modèles globaux conventionnels devenant inopérants en directions des conditions climatiques extrêmes (snowball­, greenhouse) imposent en effet l’utilisation d’un modèle simplifié ad hoc. Ainsi, Hansen et al. (2013) montrent une réponse rapide de 3 ± 1°C pour un forçage du CO2 correspondant à 4W m2 pour la période Pléistocène. Ils proposent de même pour le dernier interglaciaire une augmentation de 3 à 4 °C pour un forçage du CO2 à 4W m2. Ces deux exemples montrent l’utilisation de modèles acquis dans le cadre catastrophiste (préséance du CO2) pour montrer leur efficience dans un cadre uniformitariste où l’on sait la préséance de la température.

Dans le cadre uniformitariste, des travaux, comme ceux de Zachos et al. (2001) ont examiné les forçages qui peuvent influer et contrôler l’évolution climatique du Cénozoïque. Cela inclut la tectonique, la répartition des océans et des continents, l’ouverture et la fermeture de couloirs maritimes, la pression partielle du CO2, le cycle hydrologique, la stimulation et les anomalies orbitales, l’existence de seuils ou des éruptions de méthane. Tous forçages qui peuvent conduire à une altération ou un renforcement de la sensibilité climatique (dans le cadre uniformitariste) avec des pas de temps variables.

Récemment, Duncan et al. (2022) ont montré une perturbation du forçage radiatif en Antarctique lorsque le refroidissement (conditions orbitales froides) aux hautes latitudes s'est produit à la fin de l’Oligocène (~23 Ma) alors que les isotopes de l'oxygène indiquent un réchauffement et une perte de volume de glace. Ils proposent cette anomalie résulter d’un forçage tectonique (subsidence) induisant une transgression marine (en Antarctique) avec un seuil de réponse au dioxyde de carbone atmosphérique, en dessous duquel les calottes glaciaires marines de l'Antarctique se développent et au-dessus duquel le réchauffement des océans exacerbe leur recul.

Le concept de sensibilité climatique, d’abord utilisée en paléoclimatologie (cadre uniformitariste) correspond à l’intervention d’une cause amplificatrice d’origine naturelle de second ordre sur un état de base du climat d’ordre 1 contrôlé par l’insolation. Le facteur sensibilité climatique peut accentuer ou diminuer la réponse climatique au forçage de premier ordre, la température. Comme montré plus haut, le concept de sensibilité climatique du cadre catastrophiste est totalement différent de celui défini par la paléoclimatologie géologique. Cela correspond à un détournement du sens initial de la sensibilité climatique avec une dérive conceptuelle et un changement de paradigme qui se retrouve dans l’innocuité et la multiplicité des modèles de la climatologie « main stream ».

7-5 Modelisation

Hansen et al. (2013, 6* original du texte en anglais) « Enfin, nous utilisons un modèle climatique efficace pour étendre nos sensibilités climatiques estimées au-delà du Cénozoïque et aux conditions de la terre boule de neige (snowball) et des conditions d’effet de serre incontrôlable (greenhouse) ». Il s’agit d’évaluer deux situations de rétroaction rapide avec chacune leur réponse dans une modélisation en évolution du fait de facteurs de sensibilité estimés en perpétuel ajustement.

La première concerne les 800.000 dernières années, elle est considérée comme pertinente pour évaluer l’impact de l’activité humaine sur le climat. Les forages de glace et ceux des sédiments océaniques permettent une mesure des forçages climatiques occasionnés par l’évolution des teneurs en gaz à effet de serre dans l’atmosphère et de l’albedo (valeur physique qui correspond à la quantité de lumière solaire incidente réfléchie par une surface). Le changement de température global obtenu en multipliant la somme des deux forçages climatiques, gaz à effet de serre et albédo, par une sensibilité de 3/4°C par Wm2 donne un ajustement remarquablement bon avec le réchauffement estimé de 4,5°C entre 20.000 ans et 11.500 ans (Last Glacial Maximum-Holocène). Cette bonne adéquation entre des mesures acquises dans le cadre actualiste (préséance de la température) et le résultat du modèle est utilisé pour justifier le bien fondé de son application dans le cadre catastrophiste (préséance du CO2). L’on justifie ainsi une prédiction climatique pour la fin de ce siècle. Outre le glissement conceptuel d’un paradigme à l’autre, il reste que les glaciations des 800.000 dernières années contrôlées en première instance par les paramètres orbitaux impliquent la primauté de la température sur le CO2 et non l’inverse.

La seconde catégorie de rétroaction rapide dépend de l’état climatique aux situations extrêmes. Lorsque la terre devient suffisamment froide pour que la couverture de glace atteigne les tropiques, l’amplification de l’albédo conduit alors la glace à s’étendre rapidement jusqu’à l’Equateur. Cet état de la planète dit « snowball » est instable en relation avec une haute sensibilité induite par une très faible érosion (protection par la couverture de glace). Cette situation conduit à une accumulation du CO2 volcanique dans l’atmosphère avec pour conséquence induite une déglaciation rapide. L’accumulation du CO2 est bien, en première instance, le résultat d’une variation de la température. A l’autre extrémité, une planète chaude (greenhouse) conduirait à une augmentation de la quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère qui causerait l’émergence de radiation depuis les hautes couches froides. Il en résulterait une diminution de l’énergie émise vers l’espace et une amplification de l’effet de serre jusque des effets considérés comme incontrôlables : (6* original du texte en anglais) « Enfin, nous utilisons un modèle climatique efficace pour étendre nos sensibilités climatiques estimées au-delà du Cénozoïque et aux conditions de la terre boule de neige et des conditions d’effet de serre incontrôlable ». L’on en déduit l’efficacité du modèle (*).

Comme noté plus haut, le contenu conceptuel de la sensibilité climatique devenu paramètre de modélisation (catastrophisme) pour la climatologie « main stream » est différent de celui accepté par la géo-climatologie uniformitariste. Dans le cadre historique de la géologie, le paramètre physique directeur du système climatique est la température. Un forçage de second ordre (dont le CO2) peut ensuite intervenir et perturber le système en provoquant une réponse d’amplification  ou d’amoindrissement du forçage initial de premier ordre, la température. Nous avons bien ici l’utilisation d’un modèle basé sur la préséance du CO2 pour en évaluer l’efficacité sur des périodes du passé pour lesquelles nous savons la préséance de la température sur le CO2. Que faut-il penser de ces modèles dont le développement repose sur l’utilisation de deux paradigmes antagonistes dans un contexte où la préséance du CO2 n’a reçu aucune démonstration. Dans son livre intitulé « Unsettled », Koonin (2021) physicien et conseiller d’Obama pour le climat, consacre un paragraphe entier à l’analyse des simulations mathématiques du système climatique. Il y montre le caractère de plus en plus imprécis des modèles avec le temps, les plus récents étant les moins efficaces. Il souligne en particulier la difficulté de séparer le rôle de la variabilité naturelle du CO2 de celui des influences humaines dans le réchauffement qui s‘est produit depuis 1980 (Fig. 3).

A propos des modèles du GIEC et de leur foisonnement, il est édifiant de se reporter à un article récent publié dans “Pure and Applied Geophysics” par Stark (2022). Il relève dans l’approche du GIEC un recours et une confiance excessive dans l’utilisation de la “pseudo-science” dite “culte du cargo” qui consiste à privilégier les preuves qui confirment une hypothèse présumée, contrairement à la méthode scientifique. Il faut y ajouter, l'approche d'ensemble que le GIEC utilise régulièrement. Elle consiste à prendre un groupe de modèles, en calculer la moyenne et l'écart-type de leurs prédictions, puis traiter la moyenne comme s'il s'agissait de la valeur attendue du résultat (ce qui n'est pas le cas) et l'écart type comme s'il s'agissait de la variation naturelle du processus qui génère le climat (ce qui n'est pas le cas).

9- Conclusions

En modulant l’insolation (température), l’évolution des paramètres orbitaux de la Terre induisent le rythme des variations périodiques du climat de la Terre, au moins depuis 800.000 ans. Les carottes de glace (Antarctique, Groenland) montrent que CO2 et température co-varient étroitement en période de réchauffement (Fig. 1). Il y a dé-corrélation des courbes lors des refroidissements.

La préséance de CO2 pendant les cycles réchauffement / refroidissement n’est jamais identifiée. Cela concerne au moins les 60 derniers millions d’années.

Au cours du Cénozoïque des évènements majeurs, comme le Maximum Thermique du Paléocène ou les évènements extrêmes en Antarctique, dont le début de l’englacement à 34 Millions d’années ont pour cause première la température. La variation de la teneur du CO2 dans l’atmosphère intervient dans le sillage des évènements thermiques par le biais de forçages de second ordre, positifs ou négatifs.

La climatologie « main stream »  envisage une inversion de la cause pour la période récente de l’histoire climatique. Le rejet massif de CO2 provoquerait l’augmentation de température (réchauffement). Ce point élémentaire n’est pas démontré. Il est qualifié de « quasi-certain », c’est l’axiome de départ des modélisations proposées par la climatologie « main stream ». La démarche de Hansen et al. (2013) est exemplaire à ce titre en faisant appel à l’utilisation de paramètres ad hoc pour proposer un modèle climatique efficient.

L’efficience des modèles construits sur l’idée de la préséance du CO2 est testée sur des périodes de l’histoire terrestre dont on sait qu’elles sont entièrement contrôlées par la préséance de la température. Les allers et retours d’un paradigme à l’autre (du catastrophisme à l’uniformitarisme) expliquent, en partie tout du moins, l’échec des modèles (Koonen, 2021 et 2022 ; many muddled models p. 77-96).

Considérant que la préséance du CO2 sur la température n’est pas démontrée, il convient d’explorer d’autres voies de recherche pour caractériser l’éventualité d’une origine, non identifiée à ce jour, de l’augmentation actuelle de la température de notre planète. Si l’on souhaite lutter contre le réchauffement climatique il est impératif d’en explorer les origines potentielles de manière exhaustive. L’organisation nationale et internationale de la climatologie « main stream » interdit l’accès aux médiums scientifiques, politiques et médiatiques pour ne serait ce que poser la question.

Le climat de la Terre est actuellement dans une phase d’optimum climatique (chaud) comparable à l’Eémien (128.000 ans). Comme à cette époque, notre planète est à l’aube d’un basculement vers une nouvelle glaciation (Hay et al., 1976). Le réchauffement actuel pourrait être une simple péripétie de courte durée masquée par les rejets anthropiques. Entre 128.000 ans et 114.000 ans le CO2 montre une dé-corrélation d’avec la température. Pendant 14.000 ans le CO2 reste stable tandis que la température baisse alors même que ces deux paramètres sont ordinairement liés. Comprendre le processus climatique à l’origine d’une telle dé-corrélation peut représenter un chemin pour sortir de l’aveuglement du tout anthropique.

Références

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Textes extraits de Hansen et al. (2013) et leurs traductions en français

(1*) « Burning all fossil fuels, we conclude, would make most of the planet uninhabitable by humans, thus calling into question strategies that emphasize adaptation to climate change. » «Brûler tous les combustibles fossiles rendrait  une grande partie de la planète inhabitable pour l’homme ce qui remet en cause les stratégies d’adaptation au changement climatique ».

(2*) « Cenozoic temperature, sea level and CO2 covariations provide insights into climate sensitivity to external forcings and sea-level sensitivity to climate change ». « La co-variation de la température, du niveau de la mer et du CO2 donne des informations sur la réponse de la sensibilité climatique aux forçages externes et sur la vulnérabilité du niveau de la mer au changement climatique ».

(3*) « Climate sensitivity depends on the initial climate state, but potentially can be accurately inferred from precise palaeoclimate data. Pleistocene climate oscillations yield a fast-feedback climate sensitivity of 3 ± 1°C for a 4 Wm-2 CO2 forcing if Holocene warming relative to the Last Glacial Maximum (LGM) is used as calibration, but the error (uncertainty) is substantial and partly subjective because of poorly defined LGM global temperature and possible human influences in the Holocene ». « La sensibilité climatique dépend de l’état initial du climat, mais peut potentiellement être déduite avec précision à partir de données paléoclimatiques précises. Les oscillations du climat au Pléistocene (2,58 Ma -11,5 ka) montrent une réponse rapide de 3 ± 1°C pour un forçage du CO2 correspondant à 4W par m2  si l’on utilise comme étalonnage le réchauffement Holocène par rapport au dernier maximum glaciaire (LGM), mais l’erreur (l’incertitude) est substantielle et en partie subjective en raison de la mauvaise définition de la température globale du dernier maximum glaciaire et d’une possible influence humaine pendant l’Holocene (derniers 11,5 ka) ».

(4*) « We use a global model, simplified to essential processes, to investigate state dependence of climate sensitivity, finding an increased sensitivity towards warmer climates, as low cloud cover is diminished and increased water vapor elevates the tropopause». «Nous utilisons un modèle global, aux processus essentiels simplifiés, pour analyser l’état de dépendance de la réponse climatique et enquêter en direction d’une vulnérabilité plus importante vers les périodes (du passé) les plus chaudes, avec une faible couverture nuageuse en diminution avec un accroissement de la vapeur d’eau en altitude qui élève la tropopause ».

(5*): « Glacial-to-interglacial climate change leading to the prior (Eemian) interglacial is less ambiguous and implies a sensivity in the upper part of the above range, i.e. 3-4°C for a 4W m-2 CO2 forcing. Slow feedbacks, especially change of ice sheet size and atmospheric CO2, amplify the total Earth system sensivity by an amount that depends on the time scale considered. Ice sheet response time is poorly defined, but we show that the slow response and hysteresis in prevaling ice sheet models are exaggerated ». « Le dernier interglaciaire (Eemien) est moins ambigu, il implique une réponse dans la partie supérieure du spectre, c’est-à-dire une augmentation de 3 à 4°C pour un forçage du CO2 à 4W par m2. Un retour lent de l’extension des glaces et des teneurs du CO2 dans l’atmosphère en particulier amplifie la réponse globale du système Terre pour quantité qui dépend de l’échelle de temps considérée. Le temps de réponse de la calotte glaciaire est mal défini, mais nous montrons qu’une réponse lente associée à l’hystérésis du system sont des éléments d’exagération dans les modèles dominants. »

(6*) « Finally, we use an efficient climate model to expand our estimated climate sensitivities beyond the Cenozoic climate range to snowball Earth and runaway greenhouse conditions ». « Enfin, nous utilisons un modèle climatique efficace pour étendre nos sensibilités climatiques estimées au-delà du Cénozoïque et aux conditions de la terre boule de neige et des conditions d’effet de serre incontrôlable ».

Remarques

Pourquoi la publication de Hansen et al . (2013)

L’instrument des opposants à la pensée climatique unique passe souvent par une attaque des rapports du GIEC (Gervais, 2013, par exemple). Cette attaque, aussi justifiée et fondée soit-elle, ne s’adresse pas directement à la matière scientifique de base, mais bien à des synthèses d’avis d’experts souvent juge et partie pour bon nombre d’entre eux.

Groupe de pression de la climatologie « main stream »

Cette situation est le résultat d’une organisation de la communauté des climatologues en groupe de pression engagé dans la pénétration du monde politique et médiatique à l’échelle nationale et mondiale. La climatologie est une discipline scientifique jeune qui d’emblée a solidement verrouillé les éléments fondamentaux de ses intérêts et de sa pérennité. Les mailles du filet sont étroites. Il ne fait pas bon pour un chercheur d’exprimer la moindre critique. Des personnalités scientifiques en ont fait l’expérience. La jeunesse embrigadée des l’école primaire sur la base de l’amalgame pollution/réchauffement (le réchauffement étant assimilé à une pollution) est largement exploitée pour accréditer l’idée d’une origine anthropique de l’évolution climatique terrestre. Le retour sur investissement est la « manipulation » d’une jeunesse dont l’ignorance permet la propagation d’un discours  infantilisant.

GIEC et idéologie woke

Il convient de se reporter à l’entretien accordé par Valérie Masson-Delmotte à la revue du CNRS « Le Journal » de juin 2022, N°308. Valérie Masson-Delmotte est Co-Présidente du groupe de travail 1 du GIEC, scientifique qui figure parmi les cent personnalités les plus influentes selon le magazine américain Time. Après une défense de la qualité scientifique des rapports du GIEC basée sur l’évaluation de 14000 publications (scientifiques), représentant 3000 pages, rédigées par 234 auteurs et 600 contributeurs, et qui a fait l’objet de 80.000 commentaires par 1890 relecteurs, Valérie Masson-Delmotte regrette les attaques inappropriées portées sur ce travail, attaques qualifiées de calomnieuses sur la rigueur scientifique des rapports du GIEC. Elle note que ces attaques cibleraient souvent les femmes qui prennent la parole sur le climat et auraient pour origine, selon la Co-Présidente du groupe de travail 1 du GIEC, une vision patriarcale du rôle des femmes dans la société. Et d’ajouter : « on retrouve souvent des caractéristiques communes chez les climato-sceptiques, comme une idéologie d’extrême droite, un genre masculin, et une difficulté à gérer des émotions désagréables liées à un sentiment de responsabilité personnelle ou de culpabilité, ou à la perte de certains privilèges ».

Climato-scepticisme

Ces dernières années, le langage médiatique du climat montre une évolution sémantique. Le réchauffement global dont l’origine anthropique était affiché comme une évidence devient dérèglement climatique. Cette terminologie plus neutre laisse implicitement ouverte l’éventualité d’une origine différente de celle du CO2 pour l’élévation de la température terrestre. Le terme dérèglement n’est cependant pas assez neutre, trop proche du terme règle qui « évoque » l’homme et la politique, il conviendrait plutôt de parler de variation climatique, plus appropriée à la discussion scientifique.

La discussion des origines possibles de la variation climatique, origine anthropique versus origine naturelle est escamotée. L’origine naturelle est renvoyée à une sous-science propagée par les « climato-sceptiques », terme particulièrement impropre puisqu’il désigne, en particulier, une communauté scientifique de pensée convaincue de la véracité du réchauffement planétaire actuel, mais soucieuse d’un examen exhaustif du problème quant à son origine.

Jacques Bourgois est Géologue-Géophysicien, Directeur de Recherche Emérite du CNRS à l’Institut des Sciences de la Terre de Paris (ISTeP) Sorbonne-Université (Université Pierre et Marie Curie, Jussieu). Il a été Chef de Mission de 7 campagnes marines et PI de nombreux projets en Amérique Latine, à terre et en mer. Il n’est pas climatologue.

Comme géologue et géophysicien marin, il porte depuis longtemps un intérêt particulier aux  interactions tectonique, morphologie et climat aux courtes échelles de temps.

Bourgois, J., Cisternas, M.E., Braucher, R., Bourles, D., Frutos, J., 2016, Geomorphic records along the General Carrera (Chile)-Buenos Aires (Argentina) glacial lake (46-48°S), climate inferences and glacial rebound for the past 7-9 ka, The Journal of Geology 124, p. 27-53.

Bourgois, J., Bigot-Cormier, F., Bourles, D., Braucher, R., Dauteuil, O., Witt, C., Michaud, F., 2007, Tectonic records of strain buildup and abrupt co-seismic stress release across the northwestern Peru coastal plain, and continental slope during the past 200 kyr. J. Geophys. Res. 112, B04104, doi:10.1029/2006JB 004491.

François-Marie Bréon est chercheur au Laboratoire du climat et de l’environnement, un des laboratoires de l’IPSL (Institut Pierre Simon Laplace). Il a contribué à l’écriture du chapitre « Forçages radiatifs naturels et d’origine anthropique » du 5ème rapport du GIEC ainsi que du résumé pour les décideurs.

Valérie Masson-Delmotte est climatologue au Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (CNRS/Univ. Versailles Saint Quentin-en-Yvelines/CEA), à l’université  Paris-Saclay, et co-présidente du groupe 1 du GIEC sur les bases physiques du changement climatique pour le 6ème cycle d’évaluation (2015-2023).

 

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17 juin 2022 5 17 /06 /juin /2022 15:43

Spreading center subduction and role of the associated slab window development on intraplate deformations, arc magmatism and craton evolution during associated slab window development: the Chile triple junction area documenting a uniformitarian model

By Jacques Bourgois (PI)

 

Spreading center subduction is a geodynamic situation that induces strong morphotectonic and magmatic effects along Cordilleran type convergent margins such as the Andes. This includes the forearc, backarc, and foreland areas. The associated development of a slab window at depth induces major tectonic and magmatic imprints on the upper plate, far away from the trench axis. Slab geometry variations referred to explaining inboard tectonic deformation for the upper plate must be questioned since no slab exists at depth at the window. In other words, extensive foreland areas exhibiting pervasive tectonic deformation are considered as resulting from shallow slab (flat slab), horizontal compression being transmitted into the upper plate from high coupling across plate interface. Since no slab exists at slab window, no potential slab dynamics exists.

An active situation of spreading ridge subduction exists at the modern Chile Triple Junction (CTJ) area. Moreover this triple junction is the only one site worlwide where the overriding plate is continental in character. Therefore, the CTJ is a good analog for the past ridge-trench collisions occurring along an Andean-type margin, a situation that likely happened during the subduction of the Tethys Ocean beneath Eurasia plate and Pacific beneath North and South America during the past 200-250 Myr.

During the past three decades, we have conducted tens of field expeditions in the Chile Triple junction area extending from 44 to 49°S from N to S and extend from the Pacific abyssal plain to the Foreland of the Andes. Two major field campaigns were conducted in the Taitao and Tres Montes peninsulas in compliment of the CTJ expedition at sea using the R/V L’Atalante. These works involved tens of colleagues from different countries. Their names appear as authors in the following list of publications. These publications (see reference list) including two major review papers (Bourgois et al., 2016 and 2021) provide uniformitarian constraints for tectonic and magmatic signatures of the upper plate originating from ridge subduction and slab window development.

Main specific results documenting that no slab dynamics exists at 44-47° S latitude include:

(1) The emplacement mode for the Pleistocene Taitao Ridge and the Pliocene Taitao Peninsula ophiolite bodies.

(2) The occurrence of these ophiolitic complexes in association with five adakite-like plutonic and volcanic centers of similar ages at the same restricted locations.

(3) The inferences from the cooccurrence of these sub-coeval rocks originating from the same subducting oceanic lithosphere evolving through drastically different temperature–pressure (PT) path: low-grade greenschist facies overprint and amphibolite-eclogite transition, respectively.

(4) Evidences that document ridge-jump events and associated microplate individualization during subduction of the SCR1 and SCR-1 segments: the Chonos and Cabo Elena microplates, respectively.

(5) The ridge-jump process associated with the occurrence of several closely spaced transform faults entering subduction is controlling slab fragmentation, ophiolite emplacement, and adakite-like production and location in the CTJ area.

(6) Kinematic reconstruction of South Chile ridge subduction documents the location of the subducted ridge segment -1 beneath the North Patagonia Icefield (NPI). The high relief of the North Patagonia Icefield (NPI) is dynamically sustained by asthenospheric convection.

(7) Between 46°30’ and 47°304S, a right lateral transtensional fault system controlled the 8001200 m uplift of the Andes at 16.118.1 Ma. Our data and analysis indicate that there was no lower Miocene contractile event along the Andean morphotectonic frontline.

(8) The Main Andean Thrust (MAT), which is deeply rooted in the upper crust is a retroarc thrust dipping 1015 westward, and provides evidence for major crustal shortening at ~120 Ma.

(9) Between 45 and 47°S, the processes controlling the dynamic evolution of the two main topographic features of the Andean segment include:

(i) upward convection originating from the subducted South Chile Ridge dynamically sustaining the N-S trending high topography of the North Patagonian Icefield (4070 m at the Mt. San Valentin).

(ii) Collision of the E-W trending MOHO structure against the N-S trending Andean batholith acting as an indenter sustaining the E-W trending Monte Zeballos ridge straddling the Andes and the Foreland.

(10) The dynamic evolution of the two main topographic features, together with the locus of maximum moisture at 47S during glacial events has resulted in producing the two largest glacial lobes of Patagonia (General Carrera-Buenos Aires and Cochrane-Peyrredon glacial lakes).

(11) The Patagonia Slab Window and South America asthenospheric dynamics (upward and corner flows, respectively) and their indepth interaction appear to control the morphotectonic evolution of the whole studied segment through a powerful feedback loop between tectonics, morphology, and climate, at least for the past 34 Myr.

References related to the CTJ Project (Full texts available from Research Gate)

Main references, journal in bold characters

Bourgois, J., Frutos, J., Cisternas, M.E., 2021, The internal versus external dynamics in buiding the Andes (46°30’-47°30’S) at the Patagonia slab window, with special references to the lower Miocene morphotectonic frontline : a review, Earth-Science Reviews, 223, 103822, https://doi.1016/j.earscirev.2021.103822.

Bourgois, J., Frutos, J., Cisternas, M.E., 2021, The internal versus external dynamics in buiding the Andes (46°30’-47°30’S) at the Patagonia slab window, with special references to the lower Miocene morphotectonic frontline : a review, Earth-Science Reviews, 223, 103822, https://doi.1016/j.earscirev.2021.103822. Supplemental Data

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Bourgois, J., Lagabrielle, Y., Martin, H., Dyment, J., Frutos, J., Cisternas, M.E., 2016, A review on forearc ophiolite obduction, adakite-like generation, and slab window development at the Chile Triple Junction area: uniformitarian framework for spreading-ridge subduction, Pure and Applied Geophysics 173, 3217-3246, DOI: 10.1007/s00024-016-1317-9 http://rdcu.be/nd50

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Le Moigne, J., Lagabrielle, Y., Maury, R., Bourgois, J., and Juteau, T., 1993, Petrology and geochemistry of the Taitao Ophiolite volcanic-plutonic suite (Chile Triple Junction region). Second International Symposium on Andean Geodynamics. ISAG 93, Oxford 21-23 Septembre 93, v. , p.

Bourgois, J. et l'équipe de programme : Lagabrielle, Y., Maury, R., Le Moigne, J., Vidal, P., Cantagrel, J.-M., Martin, H., et Urbina, O., 1992, Géologie de la Péninsule de Taitao (Point Triple du Chili, 46°-47°S) : Obduction de l'ophiolite de Bahia Barrientos entre le Miocène et le Pléistocène. Colloque DBT- INSU, Toulon, Novembre 1992.

 

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1 mars 2024 5 01 /03 /mars /2024 22:54

Abstract
The “mainstream” climatology (MSC)—i.e. which includes the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) community—considers the present day massive release of greenhouse gases into the atmosphere as the main cause of the current global warming trend. The main inference from this stance is that the increase in temperature must occur after the release of greenhouse gases originating from the anthropic activities. However, no scientific evidence has been provided for this basic notion. Earth paleoclimatic records document the antecedence of temperature over CO2 levels. For the past 65 Ma, the temperature parameter has controlled the subsequent increase in CO2. This includes the three rapid aberrant shifts and extreme climate transients at 55 Ma, 34 Ma, and 23 Ma [1]. The simple fact of their existence points to the potential for highly nonlinear responses in climate forcing. Whatever these shifts and transients are, CO2 remains a second order parameter in their evolution through time. Confronted with the past, a suitable response must therefore be given to the unresolved question of whether the CO2 trends precede the temperature trends in the current period, or not. The assertion that the current global warming is anthropogenic in origin implicitly presupposes a change of paradigm, with the consequence (the increase in CO2 levels) that occurred in Earth’s past being positioned as the cause of the warming for its present day climatic evolution. The compulsory assumption regarding the antecedence of CO2 levels over the temperature trends is associated with the haziness of the methodological framework—i.e. the paradigm— and tightens the research fields on the likely origins of global warming. The possible involvement of an “aberrant” natural event, hidden behind the massive release of greenhouse gases, has not been considered by the MSC.


Keywords
Climate, CO2, Temperature, Paleoclimate, Warming

1. Background
The accelerated recession of mountain glaciers, the retreat of Arctic sea ice and the melting of Greenland’s ice are indisputable markers of global warming. Satellite measurements confirm the rise in the Earth’s average temperature. The recent global warming of the planet is a well-established concept. No one disputes it.

Closely associated with the rise in temperature, and the increase in the concentration of carbon dioxide and all the other greenhouse gases is the signature of a significant change in the chemical composition of the Earth’s atmosphere.

The close evolution between the carbon dioxide levels in the records and the average temperature variations of the Earth over geological time (we are talking here in terms of thousands, or even tens and hundreds of thousands of years) isa strongly established fundamental concept. Ice core drilled from the Vostok site (Antarctica) that serves as a physical record of the last 400,000 years (Figure 1) provides convincing evidence of this close evolution. The correlation of CO2 and temperature variations remains detectable for the recent period (~past 150 years) as shown by National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) records documented between 1980 and 2008 at the Mauna Loa observatory (see the NASA website). The concentration of CO2 in the Earth’s atmosphere varies with temperature with a close trend in the evolution of CO2 levels and temperature over time.
 

Figure 1. Temperature (ΔT ˚K, red) and CO2 (blue) co-variance from Vostok ice core (Antarctica). Records show an almost perfect co-variation between ΔT ˚K and CO2 for the past 420 ka (modified from [2]). However, time segments following major Termination show decoupling between T and CO2
records. The grey strip shows the transition from full glacial climate to full interglacial climate during the Eemian (Termination II, Marine Isotope 6, 130 ka to 115 ka ago, hot spike at 128 ka ago). 1 to 4 numbers show glacial cycles. Note the perfect superposition of ΔT ˚K and CO2 curves before the hot spike at 128 ka ago. Following the spike (128 to 115 ka ago) records exhibit a clear divergence (see details at Figure 6).

2. Is the Earth Global Warming Originating from Anthropic CO2?
Breon [3] as contributor to the chapter “Natural and anthropogenic radiative forcings” in the 5th Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) report as well as to the summary for policymakers wrote: “The driver of climate change over the last million years is not the same as that over the last century”, and added: “Climatologists are not predicting rising temperatures based on an observed correlation with CO2 in the past, but on the basis of an understanding of the physical mechanisms that link the two”.

These physical mechanisms, which we cannot conceive to be different from those of the past, would therefore substantiate the founding proposal for a “New Climatology” (one different from that of the past). This New Climatology—i.e. mainstream climatology, (MSC hereafter)—proposes that CO2 controls the temperature in the first instance. The increase in the CO2 content in the atmosphere— i.e. CO2 originating from anthropic activities—must therefore necessarily precede the increase in the temperature. This basic concept has not been demonstrated yet.

Bréon [3] clarifies the axiomatic nature regarding the notion of the antecedence of CO2: “The rise in temperatures is therefore proven and it is almost certain that it is linked to the increase in the concentration of greenhouse gas”. The wording “almost certain” must be kept in mind. The MSC proposes, without demonstration, that a major disruption in the Earth warming process is currently occurring. This scientific community contemplates that an absence of warming would be more than surprising given the increase in concentrations of greenhousegases in the atmosphere. However, this is a matter of pure intuitiveness.


3. Actualism versus Catastrophism
Actualism is the assumption that the natural laws and processes that operate in our present-day scientific observations have always operated on Earth in the past. Under the principlesof actualism, evidence in geology can and should be explained in terms of physical processes that are working at present day. Conversely, mechanisms or processes that are at work today are considered powerful models for explaining the cause and effect relationships at play in the development and interpretation of geological situations of the Earth’s past. Actualism is associated with the Scottish geologist James Hutton (1726-1797) often referred to as the “Father of Modern Geology”. He, together with Jean-André Deluc (1727-1817) of France, played a key role in establishing geology as a modern science. Subsequently, these concepts were widely popularized by Charles Lyell (1797-1875).

In geology, Catastrophism is the theory that the Earth has largely been shaped by sudden, short-lived, violent natural disaster events, possibly worldwide in scope. The concept of mass extinction is often considered as an example of Catastrophism. Additionally, meteorite impacts, ice ages, and ocean acidification are all catastrophic phenomena that are categorized as representative events in Catastrophism.

To contemplate major meteorite impacts as originating from exceptional catastrophic events occurring fortuistously outside the normal course of the Earth’s natural history. In that sense meteorite impacts should be considered catastrophic events typical of Catastrophism. In contrast, “ice ages” are geologic events that have repeatedly affected the planet Earth for the past several Myr. Ice ages result from recurring astronomical situations (see below) that can be reconstructed, if they occurred in the past, or that can be predicted in the context of the future of the Earth [1] [4]. Although considered as catastrophic events, ice ages are events representative of Actualism, and they are intimately associated with predictable Earth behavior.

The massive release of CO2 into the atmosphere as the essential cause of the current global warming puts MSC within the framework of an implicit paradigm shift. Indeed, the temperature is no longer considered the parameter that controls the levels of greenhouse gases in the atmosphere as was the case during Earth’s geological past. This would indicate a causal reversal in the recent period. Proponents of the anthropogenic origin of the current warming are implicitly in the philosophical framework of a rupture. The greenhouse gases released in the atmosphere is settling down as the fundamental mechanism for the control of the Earth’s climate. This causal reversal is an exceptional event, never experienced by the Earth. The paradigm framework of the Earth would be changing at this time from Actualism to Catastrophism. The MSC community must carefully documented the antecedence of CO2 over temperature, this is not an option.


4. Antecedence of Temperature over CO2 in the Earth’s Past
The concept of “climatic aberrations” was first articulated by [1]. These aberrations were short-lived catastrophic events occurring during the Cenozoic (65 Ma to present). They included 1) the thermal maximum at the end of the Paleocene time (LPTM, 55 Myr ago) with an increase in surface water temperature of 8˚C in less than 10,000 yrs and concentrations of 1000 to 2000 ppm CO2 equivalent in the atmosphere (2 to 5 times more than current levels); 2) the appearance of the Antarctic ice sheet at the Eocene-Oligocene boundary 34 Myr ago, in less than 400,000 yrs; and 3) the glacial maximum at the Oligocene-Miocene boundary (23 Myr ago), whose duration has been approximately 200,000 yrs. The concept of “climatic aberrations” for these one-off events with a very strong geo-climatic signature is paradoxical in that they seem to strengthen Catastrophism as a paradigm. This is not the reality, however since it is the case on the one hand that the history of the planet is punctuated by cataclysmic events, which are the intrinsic, natural expression of the climatic process, and on the other hand, that these events evolved through the antecedence of temperature over CO2. The paradigm framework for these events is thus the Actualist framework.

A massive release (2600 Gigatons of methane) of seabed methane hydrates(clathrates) occurred during the LPTM event [5]. Because clathrate developmentrequires specific pressure-temperature (PT) conditions at the seabed, such massivedestabilization allows it to be inferred that a threshold has been crossed. The sea level that controls pressure at the seabed has a lower potential (i.e. low potential of sea level variation) for variation in destabilization than temperature. Indeed, the LPTM event is characterized by a 5˚C to 6˚C rise in deep sea temperature [1]. Whatever the origin of the seabed warming, it precedes and induces the massive release of CH4 into the atmosphere. The other two climatic aberrations of the Cenozoic age were extreme events in Antarctica related to temperature and ice volume [6] [7]. Even if the forcing (disruption of the climate balance) of greenhouse gases is considered a possible amplifier, it is not considered the primary cause of these climatic aberrations. Tectonic evolutions in association with orbital forcing (Figure 2) were the mechanisms triggering these climatic aberrations. These mechanisms act on the climate system through a

 

 

Figure 2. Basic orbital components controlling the Earth insolation—i.e. temperature— (modified from [1] [29]). (A)-(C) show the Earth’s primary orbital components. Gravitational forces from other planets affect Earth’s orbit. This controls the distribution of solar radiation (insolation, (D)), which oscillates over time. There are three orbital disturbances with four main periods: (A) Eccentricity (400 ka and 100 ka), (B) precession (23 and 19 ka), and (C) obliquity (41 ka). Eccentricity refers to the shape of the Earth’s orbit, which variations have little influence on the climate. (B) precession refers to the oscillation of the axis of rotation, which describes a circle in space with a period of 26 ka. Precession modulated by eccentricity determines where in the orbit around the sun the seasons occur. This increases the seasonal contrast in one hemisphere and decreases it in the other. (C) Obliquity refers to the tilting of the Earth’s axis relative to the plane of the ecliptic. A high angle increases the contrast of the seasons (warmer summers and colderwinters).

 

physical temperature threshold originating from a reorganizationof the ocean/atmosphere circulation, which induces the rapid growth of ice sheets. Here, as during LPTM, the temperature precedes the variation in the concentration of greenhouse gases and then acts as a second-order biochemical feedback in line with the concept of climate sensitivity. The paradigm framework for extreme events in Antarctica is that of Actualism.

The climate system of the Earth’s past shows the existence of temporally punctual and catastrophic natural events. A temperature threshold triggers these global climate events. These recurrent climatic aberrations have different origins and are an intrinsic part of natural climate variability. The increase in current temperature could originate from natural, internal, or external events or mechanisms (such as during the Cenozoic) in which a temperature threshold accelerates the response of the climate system.
The massive release of greenhouse gases associated with human activity could therefore have a hazardous aspect since it would be masking a natural climatic event of an aberrant type. By their very existence, aberrant climatic events support the need to promote more open research than that which is heavily padlocked by the only anthropogenic cause currently envisioned. It would be suitable for the MSC scientific community to abandon the strictly anthropogenic framework. Furthermore the conceptual implications from the “all anthropogenic” explanation seem neither truly evaluated nor fully justified (see above).

5. Natural versus Anthropogenic CO2 Sources
Approximately half of human CO2 emissions remain in the atmosphere, while the ocean and continents (soils, etc.) absorb the rest. This assessment should notmask the core of the problem. It is indeed difficult to truly measure the respective share of natural and anthropogenic emissions at the origin of global warming. In addition, uncertainties remain on the climate response with regard to the lack of information and measurement on this subject.

The available data acquired by the OCO-2 satellite operated by NASA give an idea of the problems in identifying the origin of CO2 emissions along with the location of absorption areas (CO2 sinks). The OCO-2 satellite records (Figure 3) show a high CO2 concentration belt (5˚S - 20˚S belt) connecting the Amazon and Congolese forests to Indonesia. At the same time, developed industrial areas with high population density in the Western world (North America, Western Europe) have relatively modest values with lower CO2 concentrations. Only China exhibits a strong emission pole. Additionally, the North Pacific, the central Atlantic, and the high latitudes of the Antarctic oceanic belt act as CO2 sink zones. The OCO-2 satellite map documents one of the main problems for the “all anthropogenic” concept. In the current state of knowledge, the CO2 concentration in the atmosphere exhibits no distinctive features by which to identify its source. Elevated CO2 over a region may have a natural cause or a human cause. In the current state, approximately half of the CO2 emissions originating from human activities remain in the atmosphere, while oceans and

Figure 3. Global atmospheric CO2 concentrations from October 1 to November 11, 2014 as recorded by the OCO-2 satellite operated by NASA. CO2 concentrations are highest above NW Australia, southern Africa, and Brazil. Industrialized Northern Hemisphere regions such as Europe and North America exhibit less elevated CO2 concentrations than along the 5˚S - 20˚S highest CO2 belt. China shows an elevated concentration (image credit NASA). The 5˚S - 20˚S belt is migrating northward (15˚N - 35˚N) during N hemisphere summer. (https://www.eoportal.org/satellite-missions/oco-2#looking-ahead)

land sinks are removing the rest. In other words, no evidence exists discriminating anthropic CO2 from natural emissions.
 

6. Sea Level Rise
Sea level variations globally are a record of the physical and chemical factors controlling climate evolution over time. These factors include temperature and CO2 regardless of the antecedence of one over the other. In other words, the sea level provides no evidence for identifying its origin, be it natural or induced from increases CO2 concentration in the atmosphere that is connected to human activities.
Melting of ice sheets such as those from Antarctica, Greenland, and Patagonia is inducing sea level rise [8] [9] [10]. A sudden and significant rise of the global ocean would be a catastrophe since 20% of the world’s population lives along the coastal areas. This potential hazard erected, as an imminent threat by the MSC becomes a prediction and thus is becoming a political weapon.
The global mean sea level (GMSL) rise results from two basic factors. These include a thermal expansion of seawater as it warms and water inflow from melting glaciers and ice sheets. Because the IPCC scientific community currently considers anthropogenic factors to control climate evolution the future rise in GMSL is believed to be dependent on which emission scenario is followed. In this line of thinking, sea level rise at the end of the century is projected to be faster under all scenarios, including those compatible with achieving the long-term temperature goal set out in the Paris Agreement. “GMSL will rise between 0.43 m (0.29 -0.59 m, likely range; RCP2.6) and 0.84 m (0.61 - 1.10 m, likely range; RCP8.5) by 2100 (medium confidence ) relative to 1986-2005”.

 

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14 septembre 2023 4 14 /09 /septembre /2023 17:55

Hommage au Professeur Jean Aubouin (Président de l’Académie des Sciences 1989-1990)

Contribution majeure à la tectonique des plaques

Par Jacques Bourgois *

* De 1981 à 1985, Jacques Bourgois a été Directeur adjoint du Laboratoire de Tectonique de l’Université Pierre et Marie Curie (Paris 6) dirigé par le Professeur Jean Aubouin; Laboratoire Associé 215 du CNRS.

Jacques Bourgois a été l’un des membres de l’équipe scientifique du DSDP Leg 84 du R/V Glomar Challenger.

1- Lettre ouverte au Professeur Alain Fischer, Président de l’Académie des Sciences

Monsieur le Président,

Je découvre un texte des « Comptes Rendus Geoscience » intitulé : “Jean Aubouin et les chaînes de montagnes : des observations aux synthèses. L’itinéraire scientifique d’un géologue au rayonnement international”.

La brillante carrière que retrace cet article est bien celle du géologue d’exception connue de tous. Cependant, la description minutieuse qui en est faite présente un caractère quelque peu attendu. Elle occulte selon moi l’innovation scientifique majeure de la carrière du Professeur Jean Aubouin, celle associée à ce qu’il avait dénommé « La marche à la mer ». Ce fut en effet le virage brutal d’une conception formalisée des chaînes alpines européennes et péripacifiques vers une vision actualiste basée sur l’analyse de la déformation active aux frontières convergentes des plaques.

La découverte centrale associée aux résultats du Leg 84 du Deep Sea Drilling Project (Co-Chef de mission, Jean Aubouin) est la dissociation du concept de convergence des plaques d’avec celui de compression de la marges continentale active. C’est un changement de paradigme qui amande profondément  la tectonique des plaques. Les attendus de cette découverte sont toujours d’actualité en terme de géodynamique et de sismogenèse.

Pour avoir occupé dans les années 80 la direction adjointe du Laboratoire que dirigeait le Professeur Jean Aubouin, et avoir participé comme scientifique à l’expédition 84 du Glomar Challenger, je prend ici la liberté de vous communiquer un texte court qui montre le rôle précurseur joué par le Professeur Jean Aubouin dans la publication et la compréhension de l’un des deux processus majeurs de la dynamique des plaques.

Je vous prie de croire, Monsieur le Président, en mes sentiments de profonde considération.

Dr Jacques Bourgois,  Carnac le 27 juillet 2023, bourgoisjacques@gmail.com

https://www.researchgate.net/profile/Jacques_Bourgois

2-Contribution majeure du Professeur Jean Aubouin à la tectonique des plaques.

Le régime en tension et la subsidence de la marge continentale active du Guatemala sont les signatures tectoniques de la convergence des plaques Cocos et Caraïbes. Avec le Leg 84 du Deep Sea Drilling Project (DSDP), la marge convergente du Guatemala devient le modèle des marges actives en extension (C.E. Margins).

Ce modèle consacre la disjonction de la convergence des plaques (subduction) d’avec l’accrétion tectonique (compression) du pied de la marge active. Cette révolution conceptuelle est un apport fondamental à la tectonique des plaques. L’historique de la publication des résultats du Leg 84 démontre le rôle central de l’équipe française dirigée par le Professeur Jean Aubouin.

L’expédition 84 du Glomar Challenger

Le Leg 84 du Deep Sea Drilling Project (DSDP) avait pour objectifs de forer  une tranversale complète de la marge continentale pacifique du Guatemala et du Costa Rica (janvier et février 1982, de Balboa, Panama à Manzanillo, Mexique). Les Chefs de mission de cette expédition du R/V Glomar Challenger  étaient le Professeur Jean Aubouin  de l’Université Pierre et Marie Curie et le Dr Roland von Huene  de l’US Geological Survey, Jacques Bourgois (Université Pierre et Marie Curie) était membre de l’équipe scientifique (Fig. 1).

Contexte scientifique

Le Leg 84 du Glomar Challenger, avait pour objectif le contrôle du modèle d’accrétion tectonique proposé par Seely et al. (1974), Seely (1979) pour la marge active du Guatemala. A cet endroit la plaque océanique convergente des Cocos plonge sous la marge continentale de la plaque Caraïbes. Des écailles tectoniques du matériel sédimentaire de la plaque plongeante des Cocos étaient supposées s ‘accumuler au pied de la marge continentale guatémaltèque.

Le Leg 84 venait compléter les résultats du Leg 67 (Chefs de mission Roland von Huene et Jean Aubouin, juin 1979, Jacques Azéma était membre français de l’équipe scientifique). Ce dernier avait foré le mur externe de la fosse, c’est-à-dire la plaque plongeante des Cocos. Les résultats du Leg 84 additionnés à ceux du Leg 67 permettaient de reconstruire un transect complet depuis le mur externe de la fosse d’Amérique Centrale (plaque plongeante des Cocos) jusqu’au mur interne, marge continentale active du Guatemala (Fig. 2).

Chronologie de la Publication des résultats

Au sortir de la campagne du Leg 84 (fin février 1982), un premier article (Aubouin et al. 1982a, mars) permettait à l’équipe française de publier une vision géodynamique globale des résultats. Le modèle d’un nouveau type de marge active: les C.E. Margins (Convergent Extensional Margins) voyait le jour, moins d’un mois après l’expédition du R/V Glomar Challenger.

Par la suite (Aubouin et al., 1982b, juin) une publication dans la revue Nature mettait l’accent sur l’absence d’accrétion au Guatemala. Cette frilosité d’interprétation était liée à une pression de la partie américaine de l’équipe scientifique. Elle se retranchait derrière la publication des résultats du Leg 66 (Moore et al, 1979). Cette campagne avait en effet proposé qu’une accrétion active caractériserait le mur interne de la fosse d’Amérique Centrale au Mexique. L’argumentaire basé sur la sédimentologie du matériel foré le long de la marge du Mexique était pourtant peu convaincant. Pour bien comprendre les enjeux scientifiques de l’époque, il convient de rappeler ici qu’une communauté scientifique importante pensait encore qu’une chaîne de montagne pouvait naître de la convergence d’une plaque océanique sous une marge continentale comme le long de la fosse d’Amérique Centrale.

Ce contexte conduisait la partie française (Jean Aubouin, Jacques Bourgois et Jacques Azéma) en y associant Roland von Huene à s’engager plus avant dans les attendus géodynamiques des résultats acquis. Outre l’absence d’accrétion il convenait de prendre en compte le régime tectonique de la marge. Le mur interne de la fosse d’Amérique Centrale du Guatemala est profondément découpé par un réseau de failles normales crustales à pendage océanique (Aubouin et al., 1982c). Ce point fondamental permettait de renforcer le modèle des marges convergentes en extension (C.E. Margins) précédemment proposé (Aubouin et al., 1982a).

Le régime tectonique en tension de la marge convergente (active) du Guatemala est l’une des deux découvertes majeures de ces cinquante dernières années. L’autre concerne sa subsidence dont les données ont été publiées postérieurement (Bourgois et al., 1984; Glaçon et Bourgois, 1985 ; Bourgois et Glaçon, 1985). Ces deux résultats sont considérés comme la signature d’une abrasion tectonique se produisant à la base inférieure du coin de la marge continentale telle qu’envisagée de manière théorique par Scholl et al. (1980).

Les résultats publiés en 1982 étaient par la suite confortés dans une série de trois articles associant les scientifiques de l’équipe française (Aubouin et al., 1984, Bourgois et al., 1984 et Azéma et al., 1985) qui permettaient en particulier d’établir les relations terre/mer en examinant l’étroite similitude géologique de la marge guatémaltèque avec le Costa Rica.

A la suite de ces travaux, il devenait classique de considérer deux types de marges actives, celles caractérisées par l’accrétion tectonique et le soulèvement (subduction accrétion), celles en tension et subsidence qui signent l’érosion tectonique (subduction érosion). La compréhension du processus de subduction et la sismogenèse associée bénéficient grandement, encore aujourd’hui, de ces résultats fondamentaux.

Publications du Professeur Jean Aubouin et de son équipe (Leg 84)

Aubouin, J., von Huene, R., Baltuck, M., Arnott, R., Bourgois, J., Filewicz, M., Helm, K., Kvenvolden, K., Lienert, B., McDonald, T., McDougall, K., Ogawa, Y., Taylor, E., Winsborough, B., 1982a, Subduction sans accrétion: la marge pacifique du Guatemala: premiers résultats du Leg 84 du Deep Sea Drilling Project (janvier-février, 1982 a), C. R. Acad. Sc. Paris, t. 294, 803-812.

Aubouin, J., von Huene, R., Baltuck, M., Arnott, R., Bourgois, J., Filewicz, M., Helm, K., Kvenvolden, K., Lienert, B., McDonald, T., McDougall, K., Ogawa, Y., Taylor, E., Winsborough, B., 1982b, Leg 84 of the Deep Sea Drilling Project, subduction without accretion: Middle America Trench off Guatemala, Nature, 297, 458-460.

Aubouin, J., Bourgois, J., von Huene, R., Azéma, J., 1982c, La marge pacifique du Guatemala: un modèle de marge extensive en domaine convergent, C. R. Acad. Sc. Paris, t. 295, 602-614.

Aubouin, J., Bourgois, J., and Azéma, J., 1984, A new type of active margin: the convergent-extensional margin, as exemplified by the Middle America Trench off Guatemala, Earth Planet. Sc. Letters, 67, 211-218.

Aubouin, J., Azéma, J., Biju-Duval, B., Bourgois, J., Mascle, A., et Tardy, M., 1984, Subduction et orogenèse. Le prisme d'accrétion de la Barbade et l'absence d'accrétion le long de la fosse d'Amérique Centrale : Deux processus prouvés et non exclusifs d'un phénomène crustal général, la subduction. C.R.Acad.Sci., Paris, t. 298, p. 351-358.

Aubouin, J., Bourgois, J., and Azéma, J., 1985, Two types of active margins : convergent-compressional margins and convergent-extensional margins. O.J.I., International Seminar ed. by Nasu et al., p. 109-129.

Aubouin, J., von Huene, R., Arnott, R.J., Baltuck, M., Bourgois, J., Helm, R., Ogawa, Y., Kvenvolden, K., McDonald, T., Taylor, E., McDougall, K., Filewicz, M., Winsborough, B., Lienert, B., 1985, Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project. U.S. Govt. Printing Office, Washington, D.C.. 67: 719-732. doi: 10.2973/dsdp.proc.84.1985

Azéma, J., Bourgois, J., Baumgartner, P.O., Tournon, J., Desmet, A., and Aubouin, J., 1985, A tectonic cross-section of the Costa Rican Pacific littoral as a key to the structure of the landward slope of the Middle America Trench off Guatemala. In  von Huene, R., Aubouin, J., et al., Init. Repts. DSDP, 84: Washington (U.S. Govt. Printing Office), 37, 831-850.

Bourgois, J., Azéma, J., Baumgartner, P.O., Tournon, J., Desmet, A., and Aubouin, J., 1984, The geologic history of the Caribbean-Cocos plate boundary with special references to the Nicoya ophiolite complex (Costa Rica) and D.S.D.P. results (Leg 67 and 84 off Guatemala) : a synthesis. Tectonophysics, 108, 1-32.

Bourgois, J., Glaçon, G., et Aubouin, J., 1984, Paléoprofondeurs des dépôts de pente du mur interne de la fosse d'Amérique centrale : Un essai à partir de l'étude des Foraminifères planctoniques (Leg 84 du N/O Glomar Challenger, Océan Pacifique Est équatorial). C.R.Acad.Sci., Paris, t. 299, Sér.II, n°12, p. 815-820.

Bourgois, J., Desmet, A., Tournon, J., and Aubouin, J., 1984, Petrology and Geochemistry of mafic and ultramafic rocks drilled during DSDP Leg 84 (Landward slope of the middle America trench off Guatemala), Ofioliti, 9, 27-42.

Bourgois, J., et Glaçon, G., 1985, Foraminifères planctoniques et paléo-environnement post-oligocène du mur interne de la fosse d'Amérique centrale (Leg 84 du Glomar Challenger, Guatemala et Costa Rica). Bull.Soc.Géol.Fr., (8), t. I, p. 329-342.

Bourgois, J., Desmet, A., Tournon, J., and Aubouin, J., 1985, Mafic and ultramafic rocks of Leg 84 : Petrology and Mineralogy. In : R. von Huene, J. Aubouin, et al.. Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, U.S.Gov.Printing Office, Washington, D.C., 84, 633-642.

Glaçon, G., and Bourgois, J., 1985, Upper Oligocene to recent planktonic foraminiferal remains in sediments of the inner wall of the guatemala and Costa Rica trench with special emphasis on Globorotalia. In : R.E. von Huene, J. Aubouin, et al.. Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, U.S. Govt. Printing Office, Washington, D.C., 84, 473-513.

von Huene, R., Aubouin, J., Azéma, J., Blackinton, G., Carter, J.A., Coulbourn, W.T., Cowan, D.S., Curiale, J.A., Dengo, C.A., Faas, R.W., Harrison, W., Hesse, R., Hussong, D.M., Ladd, J.W., Muzylov, N., Shiri, T., Thompson, P.R., Westberg, J., 1980, Leg 67 : the Deep Sea Drilling Project Mid-America trench transect off Guatemala. GSA Bull., 91, 7, 421-432.

Bibliographie

Bourgois, J., 1993, Les Comptes-Rendus de l'Académie des Science La Vie des Sciences, C. R. Acad. Sci., série générale, t. 10, n°4, p. 285-303.

Moore, J.C., Watkins, J.C., Shipley, T.H., Bachman, S.B., Bethtel, F.W., Butt. A., Didyk, B.M., Leggett, J.K., Lundberg, N., McMillen, K.J., Nutsuma, N., Shepard, L.E., Stephan, J.F., Stradner, H., 1979, Progressive accretion in the Middle America Trench, southern Mexico, Nature, 281, p. 638-642.

Scholl, D .W., von Huene, R.E., Vallier T.L., Howell, D.G., 1980, Sedimentary masses and concepts about tectonic processes at underthrust ocean margins, Geology, 8, 564-568.

Seely, D., 1979, The evolution of structural highs bordering major forearc basins. In Watkins, J.S. Montadert, Dickerson, W., (eds.) Geologic and geophysical investigations of continental margins. Am. Assoc. Petrol. Geol. Mem. 29, p. 245-260.

Seely. D.R., Vail, P.R. and Walton, G.G., 1974. Trench slope model. In: The Geology of continental margins. Springer, Berlin, p. 249-260.

Fig. 1 - Equipe scientifique du DSDP Leg 84, de droite à gauche, premier rang: Elliott Taylor, Jacques Bourgois, Jean Aubouin Co-Chef Scientifique, Thomas J. McDonald, Roland von Huene, Co-Chef Scientifique, Miriam Baltuck, Kristin McDougall. De droite à gauche 2ème rang: Keith Kvenvolden, Mark Filewicz, Robert J. Arnott, Roger Helm, Barbara Winsborough, Yujiro Ogawa, Barry Lienert.

Fig. 1 - Equipe scientifique du DSDP Leg 84, de droite à gauche, premier rang: Elliott Taylor, Jacques Bourgois, Jean Aubouin Co-Chef Scientifique, Thomas J. McDonald, Roland von Huene, Co-Chef Scientifique, Miriam Baltuck, Kristin McDougall. De droite à gauche 2ème rang: Keith Kvenvolden, Mark Filewicz, Robert J. Arnott, Roger Helm, Barbara Winsborough, Yujiro Ogawa, Barry Lienert.

Fig. 2 – D’après Aubouin et al. (1982a), frontispice du « Blue Book » : Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project. U.S. Govt. Printing Office, Washington, D.C.. 67: 719-732. Doi: 10.2973/dsdp.proc.84.1985.

Fig. 2 – D’après Aubouin et al. (1982a), frontispice du « Blue Book » : Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project. U.S. Govt. Printing Office, Washington, D.C.. 67: 719-732. Doi: 10.2973/dsdp.proc.84.1985.

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27 juillet 2019 6 27 /07 /juillet /2019 10:20

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20 octobre 2008 1 20 /10 /octobre /2008 12:05
Jacques Bourgois
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6
Institut des Sciences de la Terre Paris (iSTeP) - UMR 7193 UPMC-CNRS Case 124
Tour 46-00, 2 ème étage
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75252 Paris Cedex 5 - France
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Tel: 01 44 27 52 08
Email: jacques.bourgois@upmc.fr


 
Un nombre croissant de pays en voie de développement accèdent ou vont accéder dans les années qui viennent au nucléaire civil. Cette évolution appelle une réflexion sur les procédures internationales et les solutions techniques actuellement en vigueur pour la gestion des déchets. L' «Entreposage Géologique Profond » par le pays producteur du déchet ne peut plus être considéré comme le meilleur moyen de protection environnementale à long terme. Cette solution, aujourd’hui adoptée par tous, est obsolète. Elle repose sur  des règles de sécurité très différentes d'un pays à l'autre fondées sur un rapport très ancien de l’Académie des Sciences Américaine. Ce rapport qui date de 1957 proposait également l’abandon de la solution d’un entreposage dans les grandes fosses océaniques, alors qu'il manquait encore une décennie pour que naisse la «Tectonique des Plaques». L’intérêt environnemental potentiellement considérable, d’un entreposage dans ces fosses et les progrès scientifiques et techniques de ce dernier demi-siècle imposent une réévaluation des conclusions de l'Académie des Sciences Américaine. Les grandes fosses océaniques d’échelle planétaire sont en effet l’expression morphologique de l’un des deux processus majeurs de la « Tectonique des Plaques » : la « subduction ».
Le processus de subduction associé au recyclage des sédiments et des basaltes du plancher océanique dans le manteau terrestre présente la perspective crédible d’une élimination définitive des déchets nucléaires ultimes.
Aujoud'hui des difficultés apparaissent dans la mise en oeuvre de l'entreposage sur le territoire national. En 2009, l'administration Obama abandonnait cette solution, prévue de longue date sur le site de Yucca Mountain au Nevada. En 2016, une solution pérenne n'est toujours pas envisagée aux Etats Unis. En France, la mise en service expérimentale du site d'entreposage de Bure (Meuse, Haute Marne) par l'ANDRA (Agence Nationale pour la gestion des déchets Radioactifs) a rencontré de grosse difficultés et une farouche opposition des écologistes locaux. Un entreposage effectif est envisagé pour 2025!
Les avantages d'un entreposage dans les grandes fosses océaniques qui présentent comme intérêt essentiel l'élimination (Bourgois, 1996) devraient être ré-examinés aujourd'hui. Un grand programme international pourrait ouvrir sur une solution pérenne  beaucoup plus sûre à l'échelle globale.

Le rejet massif de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, la perspective d’un épuisement des énergies fossiles, la fusion thermonucléaire non encore disponible et le caractère limité de la production à partir des énergies dérivées de l’activité solaire sont parmi les éléments d’une prise de conscience récente. Après plusieurs décennies d’utilisation, l’électronucléaire apparaît aujourd’hui capable de répondre rapidement à une demande mondiale croissante tout en respectant au mieux la qualité de notre environnement. L'électronucléaire est une source d’énergie abondante et fiable. Seule son expansion massive permettra de répondre à la demande en électricité du monde en développement tout en maintenant la concentration atmosphérique en dioxyde de carbone à son niveau actuel. Pour inverser la tendance et revenir à des concentrations « acceptables », certains considèrent comme nécessaire et urgente la mise en service de 1500 à 4000 centrales (Physics Today, Science). Quoi qu’il en soit, une augmentation très importante du nombre actuel (450) de réacteurs civils en service dans le monde est prévisible.

Les techniques de réutilisation du combustible nucléaire, proposées dans le cadre du « Global Nuclear Energy Partnership » signé par 21 nations dont la France devraient, à terme, optimiser le volume des déchets ultimes. Cependant, la multiplication des centrales à l’échelle planétaire conduira inéluctablement à une augmentation du volume des déchets. Ainsi le DOE américain envisage dès maintenant l'aménagement d'un second site d’entreposage pour simplement répondre à la revitalisation de l’industrie nucléaire civile américaine; alors même que le premier site de Yucca Mountain (Nevada) n’est pas encore entré en service. L’entreposage et l’élimination des déchets nucléaires est une préoccupation environnementale majeure.

 L’entreposage des déchets nucléaires dans des conditions acceptables de sécurité pour l’homme et son environnement est une préoccupation nationale et internationale déjà ancienne. « L’ Entreposage Géologique Profond » répond à cette préoccupation. Il est aujourd’hui considéré par les nations développées comme le meilleur moyen de protection à long terme. En France et aux Etats-Unis, les travaux d'évaluation sont dans la phase avancée d’une mise en oeuvre préindustrielle.

 Les premières recommandations d’un « Entreposage Géologique Profond » des déchets nucléaires ont été faites par l’Académie des Sciences Américaine, dans un rapport effectué en 1957. Par la suite, ce rapport a servi de base pour la rédaction du « National Nuclear Waste Policy » voté par le Congrès américain en 1982. Au milieu des années 90, les pays ayant une production significative d’électricité nucléaire ont pris l’engagement d’entreposer les déchets qu’ils produisent sur leur propre territoire. C’est dans ce contexte, que la France a défini la mission de l’ANDRA (Agence Nationale pour la gestion des Déchets RAdioactifs) dans une loi votée le 30 décembre 1991. Les attendus de sécurité publique et d’environnement de cette loi sont voisins de ceux qu’adoptait le Congrès américain en 1982. La solution « Entreposage Géologique Profond » s’imposait également du fait d’accords internationaux (signés ultérieurement par la France) qui interdisent l’entreposage des déchets nucléaires en milieu océanique. "L'Entreposage Géologique Profond" est une solution dont la mise en œuvre bénéficié aujourd'hui d’investissements importants ; il possède un arrière-plan scientifique finalisé solide qui s’appuie sur la loi et une armature technocratique solide. C'est une "institution" puissante dont la remise en cause paraît insurmontable, mais pourtant nécessaire car dangereuse en bien des aspects.

Les accords internationaux actuels et le développement prévisible de l’électronucléaire conduiront inéluctablement à une multiplication des sites « d’Entreposage Géologique Profond » avec une vaste répartition latitudinale sur les cinq continents. Cette situation présente de graves incertitudes au premier rang desquelles il faut compter la diversité des procédures locales de sécurité et l’éventail de fiabilité des solutions mises en œuvre sur chaque site. La grande variabilité de la géologie locale des sites retenus et l’évolution climatique à long terme (plusieurs millénaires) des zones d’implantation font également partie des impondérables. Qu’adviendrait-il d’un site « d’Entreposage Géologique Profond » s’il se trouvait recouvert de quelques kilomètres de glace comme cela est arrivé plusieurs fois par le passé (4 fois en 500000 ans) pour des pays comme la Finlande, la Suède ou le Canada par exemple. Il faut également compter avec la variation du niveau de la mer, conséquence  de la fixation des glaces aux  pôles avec une baisse eustatique de 120 m à 140 m pour les deux dernières périodes glaciaires (il y a seulement 20000 ans et 130000 ans). La baisse du niveau de la mer induit en effet une variation du niveau de base du réseau hydrographique mondial (les rivières sur creusent leur lit) avec un enfoncement corrélatif de la nappe phréatique. Quelle serait l'évolution des paramètres physiques et chimiques actuels pour un site d'entreposage pris dans la tourmente de tels évènements planétaires? Une prévision d’évolution fiable pour chacun des sites « d’Entreposage Géologique Profond » de la planète relève de la pure spéculation.

Les problèmes potentiels de la solution « Entreposage Géologique Profond » et les avancées scientifiques des dernières décennies justifient de reprendre l’évaluation de solutions écartées par le passé. C’est le cas de la solution d’un entreposage dans les « Grandes Fosses Océaniques », abandonnée voilà un demi-siècle alors que la « Tectonique des Plaques » n’était pas encore née. Cette solution doit être à nouveau évalué à la lumière de progrès scientifiques et techniques considérables après plusieurs décennie d'investigations nationales et internationales comme les programmes DSDP (Deep Sea Drilling Project) et ODP (Ocean Drilling Program) en particulier. Les grandes fosses océaniques d’échelle planétaire sont en effet l’expression morphologique de l’un des deux processus majeurs de la « Tectonique des Plaques » : la « subduction ». De plus, la solution «Grandes Fosses Oceaniques/Subduction » ouvre la perspective d’une élimination définitive des déchets nucléaires ultimes.

La subduction associée à la disparition de surface terrestre, est l’un des deux processus majeurs de la tectonique des plaques. Cette disparition compense la création de surface nouvelle par accrétion le long des reliefs montagneux sous-marins de la dorsale médio océanique. Ce fonctionnement dynamique de la planète permet un renouvellement continu des fonds marins. Au niveau des grandes fosses océaniques (60000 Km), expression morphologique de la subduction, le plancher sous-marin (lithosphère océanique) et les sédiments de sa couverture sont emportés vers les profondeurs du manteau terrestre (asthénosphère). Une portion de la surface terrestre disparaît au rythme de la création au niveau de la dorsale. Les vitesses d’écartement (dorsales océaniques) et de convergence (subduction) entre les plaques tectoniques sont mesurées aujourd’hui avec une grande précision grâce au GPS. Elles varient typiquement du cm à la dizaine de cm.

De fait, la subduction apparaît comme un puits naturel. Lorsque le matériel sédimentaire de la fosse océanique et son soubassement crustal (lithosphérique) entrent en subduction, ils disparaissent définitivement. Ils sont entraînés vers le manteau terrestre avec comme devenir un recyclage dans la grande machine convective asthénosphérique. L’idée d’une utilisation de la subduction comme moyen d’entreposage et d’élimination définitive de déchets anthropiques, au premier rang desquels les déchets nucléaires est ancienne. Elle avait été réactivée (Bourgois, 1996) à la lumière des progrès scientifiques des années 80-90.

En 1957, parmi les solutions d’un entreposage ou d’une élimination possible des déchets nucléaires, l’Académie des Sciences Américaines avait en effet examiné, et rejeté, l’utilisation possible des grandes fosses océaniques. En regard des connaissances du moment, la tectonique des plaques n’était pas encore née, cette recommandation était  fondée. Victor Vacquier (1907-2009) ne découvrait en effet le modèle d'organisation magnétique des fonds marins du Pacifique que vers la fin des années 50. Et c'est vers la fin des années 60, après la découverte de l’expansion océanique par Vine et Matthews (1963) que la théorie unificatrice de la tectonique des plaques (Mckenzie et Parker, 1967 ; Le Pichon, 1968) était proposée.  Le concept de subduction était rapproché de l’identification sismique de la zone de Benioff.
Au cours des années 70, on associait le concept de convergence de plaques et de subduction à celui de compression tectonique. Il était envisagé que le matériel entrant en subduction (plaque tectonique inférieure) était progressivement incorporé à la bordure continentale (plaque tectonique supérieure) pour devenir à terme, pensait-on, une chaîne de montagne. Les sédiments de la fosse océanique (partie supérieure de la plaque tectonique inférieure) soulevés avaient pour destin l’émersion, et l’exposition aux agents de l’érosion. La décision du Congrès Américain, dans la loi votée en 1982, de ne pas utiliser les grandes fosses océaniques et le processus associé de subduction  pour l’entreposage des déchets nucléaires, était toujours justifiée.

Une avancée significative dans la compréhension du processus de subduction est intervenue au cours du début des années 80 avec un découplage des concepts de convergence des plaques et de compression de leurs bordures. La subduction de la fosse d’Amérique Centrale au Guatemala montrait que la convergence de la plaque des Cocos avec la plaque Caraïbes était associée à une marge continentale (bord de la plaque supérieure) en tension (Aubouin et al., 1982 ; Aubouin et al., 1984 ; Bourgois et al., 1984). On découvrait que ce régime tectonique était l’expression superficielle d’une usure de la base de la plaque supérieure (subduction-érosion). Au lieu de se soulever, la bordure de la plaque supérieure s’affaisse (Bourgois et al., 1984). Dans certaines conditions, on sait maintenant que le matériel de la plaque plongeante (plaque tectonique inférieure) est emporté dans sa totalité vers le manteau terrestre avec une partie de la base de la plaque supérieure.

L’imagerie géophysique permet aujourd’hui un accès plus direct aux propriétés physiques de la zone d’interface entre les plaques (chenal de subduction et zone sismogène plus profonde). La modélisation analogique et numérique permettent une certaine prédiction du comportement des roches du bord de la plaque supérieure dans le cycle sismique de la subduction (Wang et Hu, 2006). Les migrations de fluides sont évaluées, identifiées, observées, prélevées. Les interactions complexes de ces fluides interstitiels sous pression avec les minéraux des roches poreuses sont analysées. Les circulations océaniques sont mieux connues. Un ensemble considérable de données publiées dans les meilleures revues scientifiques est disponible.

Un risque de retour vers la surface du matériel entraîné par subduction existe cependant. En général, un arc volcanique est génétiquement associé à la subduction. Après un parcours de 150 à 250 Km dans le manteau, le matériel fond. Il peut alors être réinjecté dans l'atmosphère par éruption volcanique. Pour une subduction rapide comme celles du sud-ouest Pacifique, les isotopes cosmogéniques du béryllium montrent que le cycle complet d’une éventuelle réinjection est d’environ 800 000 ans. En général la durée totale du transit est supérieure au million d’années. Cependant certaines subductions, comme au Pérou, ne présentent pas de volcanisme actif (depuis 20 Millions d'années ou plus). En ces endroits privilégiés, peu nombreux, la possibilité d’un retour vers la surface avec risque d’une pollution atmosphérique n’existe pas.

Outre la potentialité d’une élimination définitive des déchets nucléaires ultimes, la solution "subduction" présente des avantages. Le milieu océanique profond (6000 m ou plus) montre une grande stabilité avec de faibles variations locales de température et de qualité des eaux au cours du temps. Le fonctionnement du processus de subduction présente également une stabilité à l’échelle locale et régionale pour certaines d’entre-elles. Les vitesses de convergence (subduction) entre les plaques tectoniques sont mesurées aujourd’hui avec une grande précision grâce au GPS. Elles sont compatibles avec les produits radioactifs à très longue vie qui nécessitent un temps de résidence prolongé. Les moyens géophysiques et de prélèvement existent qui permettraient une étude fondamentale détaillée de quelques sites favorables où des études plus finalisées pourraient être engagé par la suite.

Le caractère international des enjeux énergétiques et de sécurité et le cadre du « Global Nuclear Energy Partnership » devraient placer d’emblée la démarche sous les auspices d’Organismes Internationaux.  Les grands organismes nationaux (DOE, ANDRA, pour ne citer que les Etats-Unis et la France) et les entreprises internationales du secteur sont également des partenaires qui devraient s’imposer. Un usage international partagé doit être envisagé d’emblée pour le ou les quelques sites qui seraient sélectionnés. Leur petit nombre permettrait un contrôle plus efficace, à l’abri d’interventions malveillantes. Par ailleurs, l’élimination des déchets par subduction n’est pas exclusive d'autres solutions comme « l’Entreposage Géologique Profond » probablement plus adapté pour des déchets faiblement radioactifs à courte durée de vie.

Bourgois Jacques, 1996,  Un processus naturel pour éliminer définitivement les déchets nucléaires, Réalités Industrielles, Annales des Mines, janvier 1996, p. 5-12.
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17 septembre 2008 3 17 /09 /septembre /2008 09:50




Jacques Bourgois

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http://www.jacques-bourgois.org


AIM OF ACADEMIC WORK
 

Basically, I am geologist and geophysicist. I have worked extensively in Latin America from Baja California (Mexico) to Patagonia (Chile and Argentina) exploring processes related to Middle America and Andean subductions. I have worked both on land and at sea conducting field works from the foreland to the Pacific coastline and off shore campaigns, respectively. I was Chief Scientist of six cruises off Mexico, Peru and Chile including three deep-sea diving cruises using the submersible NAUTILE. We explored and sampled seafloor at the Peru-Chile and the Middle America trenches down to 6000-m. I was involved in the DSDP Leg 84 (Glomar Challenger) and ODP Leg 112 (Joides Resolution) drilling campaigns along the continental margins of Guatemala and Peru, respectively. It allowed us to better understand the tectonic regime and processes associated with the underthrust of the Pacific oceanic lithosphere beneath the Middle and South America continental basements.


 

MEETING THE ANTICIPATED EXPLOSION IN ELECTRICITY DEMAND


WASTE ELIMINATION FROM NUCLEAR FUEL
 

Along the ~60,000 km of deep oceanic trenches the subduction process participates in oceanic lithosphere recycling. In other words the basalt and associated sediment cover of the seafloor are moving downward together with trench sediment. They underthrust the continental margin of the upper plate towards the asthenosphere. Therefore the subduction process appears as a well for sub-surface material to be removed at depth greater than ~100-150 km. This natural well is potentially appropriate for nuclear fuel waste to be permanently eliminated.         
However, slab rock melting is occurring beneath the volcanic arc at distances ranging from 100 to 250 km from the subduction front. Along fast subductions –i.e. such as the SW Pacific- it takes about 800,000 years for the subducted material to erupt at volcanic edifices of the volcanic arc. At slower subduction, the transit time for the subducted material is longer than one Million years.
Subductions such as the Peru and northern Chile exhibit no volcanic arc. At those sites no subducted material is removed to the atmosphere. This situation is stable along the 1500 km long Peru subduction zone since ~20 Million years. For these reasons, I proposed (Bourgois, 1996) the Peru subduction zone (see also Bourgois et al., 1988; von Huene et al., 1988; Dia et al., 1993, Bourgois et al., 1993; Aquilina et al., 1997; Bourgois et al., 2007) to be extensively surveyed in the perspective of having an accurate field understanding of its potentials for nuclear waste elimination.

Selected References
(56) Bourgois, J., Bigot-Cormier, F., Bourles, D., Braucher, R., Dauteuil, O., Witt, C., Michaud, F., 2007, Tectonic records of strain buildup and abrupt co-seismic stress release across the northwestern Peru coastal plain, and continental slope during the past 200 kyr. Journal of Geophysical Research, 112, B04104, doi:10.1029/2006JB004491.
(37) Aquilina, L., Dia, A.N., Boulègue, J., Bourgois, J., and Fouillac, A.M., 1997, Massive barite deposits along the convergent margin of Peru: implications for fluid circulation within subduction zones. Geochimica.Cosmochimica.Acta, 61, 1233-1245.
(28) Dia, A.N., Aquilina, L., Boulègue, J., Bourgois, J., E. Suess, and Torres, M., 1993, Origin of fluids and related-barite deposits at vent sites along the Peru convergent margin, Geology, 21, 1099-1102.
(27) Bourgois, J., Lagabrielle, Y., De Wever, P., Suess, E., and NAUTIPERC team, 1993, Tectonic History of the northern Peru convergent margin during the past 400 Ka, Geology, 21, 531-534.
(21) von Huene, R., Bourgois, J., Miller, J., and Pautot, G., 1989, A large Tsunamogenic landslide and debris along the Peru Trench, Journal of Geophysical Research,  94, 1703-1714.
(20) Bourgois, J., Pautot, G., Bandy, W., Boinet, T., Chotin, P., Huchon, P., Mercier de Lepinay, B., Monge, F., Monlaü, J., Pelletier, B., Sosson, M., and von Huene, R., 1988, Seabeam and seismic reflexion imaging of the tectonic regime of the Andean continental margin off Peru (4°S to 10°S), Earth and Planetary Science Letters, 87, 111-126.

OIL AND GAS
 
From 1980 to 1995, I have the opportunity to be funded by Petroleum and Mining companies including Elf Ecuador, Elf Colombia, Ecuatomin, and the BRGM. During my subsequent five-years stay (2001-2006) in Ecuador as Professor at the Escuela Politecnica Nacional (EPN-Quito), a close collaboration with Petroecuador and Perupetro allowed us to constrain the evolution of the Gulf of Guayaquil-Tumbes basin for the past 1.8-1.6 Million years. At less few ten of kilometers south of the Ecuador Peru border, major gas and oil reservoirs exist along the northern Peru forearc. Instead geologic and geophysical evidences suggest that these gas and oil reservoirs should extend along the Ecuadorian side, they are not identified yet. Our published works including Witt et al., (2006), Bourgois et al. (2007), Witt and Bourgois (2009) suggest that a new strategy should be designed in order to find what is the exact location of sites to be surveyed for successful discovery of major reservoirs along the Ecuadorian forearc.

Selected References
(64) Bourgois, J., 2013, A review on tectonic record of strain buildup and stress release across the Andean forearc along the Gulf of Guayaquil-Tumbes basin (GGTB) near Ecuador-Peru border, International Journal of Geosciences, 4, 618-635, doi:10.4236/ijg.2013.43057
(62) Bourgois, J., Bourles, D., and R. Braucher, 2011, Reply to Comment by K. Pedoja et al. on "Tectonic record of strain buildup and abrupt coseismic stress release across the northwestern Peru coastal plain, shelf, and continental slope during the past 200 kyr, Journal of Geophysical Research, 116, B09402, doi:10.1029/2011JB008582.
(58) Witt, C., Bourgois, J., 2010, Forearc basin formation in the tectonic wake of a collision driven, coastwise migrating crustal block: the example of the North Andean block and the extensional Gulf of Guayaquil-Tumbes basin (Ecuador-Peru border area). Geological Society of America Bulletin, 122, p. 89-108, doi:10.1130/B26386.1.
(56) Bourgois, J., Bigot-Cormier, F., Bourles, D., Braucher, R., Dauteuil, O., Witt, C., Michaud, F., 2007, Tectonic records of strain buildup and abrupt co-seismic stress release across the northwestern Peru coastal plain, and continental slope during the past 200 kyr. Journal of Geophysical Research, 112, B04104, doi:10.1029/2006JB004491.
(54) Witt, C., Bourgois, J., Michaud, F., Ordoñez, M., Jimenez, N., Sosson, M., 2006, Development of the Gulf of Guayaquil (Ecuador) during the Quaternary as an effect of the North Andean block tectonic escape. Tectonics, 25, TC3017, doi:10.1029/2004TC001723.
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16 septembre 2008 2 16 /09 /septembre /2008 12:19
BRIEF DESCRIPTION OF ONGOING ACADEMIC RESEARCH


Since about ten years, part of my studies focused at the interface of tectonics, oceanography, and climatology. The main objective is to understand the feedback processes between climate and tectonic deformation at the time scale of the glacial-interglacial cycle. Abrupt changes in the climate system induce tectonic responses including at the millennium time scale. To document these changes, to date them precisely and to understand the mechanisms require to use technique of analytical chemistry including 10Be cosmogenic isotopes.
Over the past ten years, my main contributions are related to the following topics:
(1) At the Chile triple junction area (Bourgois et al., 2000), the climate-induced variation of the sediment supply to the trench axis is the main factor controlling the continental margin tectonic regime. During the warm period of the interglacial episode at 117-130,000 years, rapid increase of the trench sediment accumulation caused the margin to switch from subduction-erosion or nonaccretion to subduction-accretion.
(2) Along the northwestern Peru forearc area (Bourgois et al., 2007), we infer that eustacy exerts important feedback coupling to seismic behavior of the Northern Peru subduction zone. We speculate that during sea level fall, pore-fluid pressure diminishes along the subduction channel inducing a possible seaward migration of the locked zone reaching a maximum by the end of the eustatic low stand at 19-23,000 years.
(3) At the Chile triple junction area (Bourgois et al., in progress), the major retreat of the northern Patagonia ice cap at 11-14,000 years controls the tectonic rebound of this segment of the Andes, and the funneling of the Andean runoff to the Pacific.


Selected references

(56) Bourgois, J., Bigot-Cormier, F., Bourles, D., Braucher, R., Dauteuil, O., Witt, C., Michaud, F., northwestern Peru coastal plain, and continental slope during the past 200 kyr. Journal of Geophysical Research, 112, B04104, doi:10.1029/2006JB004491.

(42) Bourgois, J., Guivel, C., Lagabrielle, Y., Calmus, T., Boulègue, J., Daux, V., 2000 Glacial-interglacial trench supply variation, spreading-ridge subduction, and feedback controls on the Andean margin development at the Chile triple junction area (45-48° S), Journal of Geophysical Research, 105, 8355-8386.

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15 septembre 2008 1 15 /09 /septembre /2008 12:20

CV  de Jacques Bourgois




 














Né le 08-08-1944, marié deux enfants, Service militaire effectué.
DR1 CNRS depuis 1989.
Entré au CNRS en 1971.

Adresse:
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6
Institut des Sciences de la Terre Paris (iSTeP) - UMR 7193 UPMC-CNRS Case 124
Tour 46-00, 3 ème étage
4, place Jussieu
75252 Paris Cedex 5 - France
--------
Tel: 01 44 27 59 98
Email: jacques.bourgois@upmc.fr


Principales étapes de la carrière et affectations, du plus récent au plus ancien

 

Depuis le 8 août 2009, Directeur de Recherche Emerite du CNRS à l'Institut des Sciences de la Terre Paris (iSTeP) de l'Université Pierre et Marie Curie - Paris 6.

 

Du 1er mai 2008 au 8 août 2009 : En poste à l'Université Pierre et Marie Curie, affecté au Laboratoire de Tectonique (UMR 7072), puis à l'iSTeP, UMR 7193.

2008-2006 : En poste à l'Université Pierre et Marie Curie, affecté à Géosciences Azur (UMR 6526).

2006-2001 :  Mise à disposition  (MAD) de l'IRD (expatriation 5 ans en Equateur), en poste à Quito, Escuela Politecnica Nacional (Professeur), affecté à Géosciences Azur (UMR 6526).

2001-1991 : Directeur du Laboratoire de Géodynamique Tectonique et Environnement (LGTE, Université de Paris 6), affecté à l’URA 1315


1991-1985 : Chargé de mission INSU-CNRS.

1985-1981 : Directeur adjoint du LA 215 (Université de Paris 6).

1971-1979 : Affecté au Laboratoire de Géologie de la Faculté des Sciences de Besançon.

EDUCATION

1978, Docteur ès-Sciences, Thèse d’Etat, Géologie structurale, Université de Besançon.

Titre de la thèse d’Etat: Etude géologique de la transversale de Ronda (Cordillères bétiques, Espagne), données géologiques pour un modèle d’évolution de l’arc de Gibraltar (avec une carte géologique couleur au 1:100,000). Thèse publiée.


1970, Docteur de 3ème cycle, Géologie structurale et géodynamique, Université Pierre et Marie Curie.

1969, DEA de  Géologie structurale, Université Pierre et Marie Curie. 

1968, Maîtrise de Géologie, Université Pierre et Marie Curie.

Prix Charles Jacob de l’Académie des Sciences

Responsabilités et Productions Scientifiques

Chef de mission de 7 campagnes marines
Investigateur principal de 5 programmes ECOS-Sud et ECOS-Nord.
Participation aux legs 84 et 112 des programmes DSDP et ODP.
Nombreuses missions de terrain dans les Andes, Amérique Centrale, USA, Japon et SW Pacifique.
Directions de 30 thèses d’étudiants français et étrangers.

125 Publications dites de rang « A » : 60 RI + 47 CRAS + 20 BSGF
RI = Revue Internationale
CRAS = Comptes Rendus de l’Académie des Sciences
BSGF = Bulletin de la Société Géologique de France.

60 articles dans des revues internationales (Journal of Geophysical Research, Geology, Tectonics, Geophysical Research Letters, Journal of Geology, Geological Society of America Bulletin, Nature, Earth and Planetary Science Letters, Geochimica Cosmochimica Acta, Tectonophysics, Journal of Volcanology, Lithos, Marine Geology, Marine Geophysical Research, Marine Micropaleontology, Geo-Marine Letters, Pure and Applied Geophysics).


2 Cartes géologiques:
une au 1/100 000 ème (Espagne) et une au 1/50 000 ème (Equateur).

101 articles dans des revues nationales et étrangères de langue anglaise ou espagnole:
47 Comptes Rendus de l’Académie des Sciences,
20 Bulletin de la Société Géologique de France,

34 autres revues : Ofioliti, Revue de Micropaléontologie, Boletin de la Sociedad Geologica Mexicana, Revue de Géographie Physique et de Géologie Dynamique, Annales Scientifiques de l’Université de Besançon, Norandina, Journal of African Earth Sciences, Journal of South American Earth Sciences, Geotimes, Episode, Proceedings ODP et DSDP, Bulletin de la Société Française de Photogrammétrie et de Télédétection, Paleontographicae, Océanologica Acta, Encyclopaedia Universalis, VSP Publisher, Bulletin de l’Institut Français d’Etudes Andines, Proceedings de Congrès, Revista de la Sociedad Geologica de España.



Total des publications : 60 + 2 + 101 = 163

150 communications à des Congrès dont Séances spécialisées de l’AGU et présentations invitées.

1VIDEO de 53 mn "Des cailloux et des hommes", 1 article (5 pages) Nouvel Observateur.

Coordonnateur du N°76 du Courrier du CNRS : « La Terre de l’observation à la modélisation ».

Apports principaux des recherches (10 dernières années):

A - Interface tectonique climat

Depuis une dizaine d’années, une partie des études engagées se trouvent à l’interface de la tectonique, de la géologie marine et terrestre et du climat. L’objectif est la compréhension des processus de rétro action entre le climat et la tectonique aux échelles de temps du cycle glaciaire interglaciaire. Les changements brusques du climat induisent des réponses tectoniques, y compris à l’échelle du millénaire.


Les contributions principales concernent :

(1) Le contrôle climatique du régime tectonique de la marge chilienne (Journal of Geophysical Research, Bourgois et al., 2000). Aux abords du point triple du Chili, pendant l’épisode inter-glaciaire chaud à 117-130 ka, la fonte de la calotte de glace patagonienne autorise un remplissage turbiditique très rapide (~10-13 ka) de la fosse. Les apports détritiques en provenance du continent voisin induisent le changement du régime tectonique de la marge continentale andine, de la subduction-érosion (marge en tension) à la subduction-accrétion (marge en compression). La subduction des Andes de Patagonie documente des vitesses de changement du régime tectonique de la marge continentale de 2 ordres de grandeur inférieurs de celles communément proposées par ailleurs.

(2) Le couplage entre eustatisme et comportement sismogène du chenal de subduction (Journal of Geophysiocal Research, Bourgois et al., 2007). La baisse du niveau marin (épisode glaciaire) provoque une diminution de pression partielle des fluides le long du chenal de subduction. Le long de l'avant arc (forearc) nord péruvien, cela provoque une migration vers le large de la zone sismogène bloquée (locked zone), avec un maximum vers 19-23 ka. La remontée du niveau marin depuis l'optimum glaciaire induit une migration de la zone bloquée vers le continent. Cette migration est associée au déclenchement d’une série de grands séismes à récurrence millénaire enregistré par un soulèvement ultra rapide de la côte.

 

(3)  La quantification du rebond tectonique associé à la fonte des glaces le long des Andes de Patagonie (Bourgois et al. en préparation). Depuis 14-11 ka, la calotte glaciaire patagonienne (plusieurs km d'épaisseur vers 23-25 ka) régresse massivement. Libéré de son englacement, le segment des Andes compris entre 45°S et 48°S voit une inversion de son drainage qui de l’avant-pays vers l’Atlantique passe au Pacifique. Les enregistreurs sédimentaires et morainiques associés à l'évolution morphologique régionale permettent un calcul des mouvements verticaux induits par la relaxation viscoélastique du manteau. La situation est particulièrement intéressante du fait que cette partie des Andes est localisée au-dessus d'un manteau "chaud". La subduction active du centre d'accrétion actif de la dorsale du Chili (point triple du Chili) sous ce segment des Andes induit en effet le développement d'une fenêtre asthénosphérique (slab window).


B - Bassin d'avant arc (forearc basin)

L'échappement vers le Nord (longitudinalement à la chaîne) du bloc nord-andin contrôle l'évolution du bassin de Guayaquil-Tumbes (avant arc andin, frontière Equateur Pérou). De grands détachements crustaux plats induisent l'ouverture du bassin, ils y déterminent localisation et taux de subsidence. Le bassin de Guayaquil-Tumbes est un bassin d'avant arc dont les modalités d'ouverture en pull-apart sont particulières (Geological Society of America Bulletin, accepté, Witt et Bourgois).
Bien que s'adressant à un contexte très favorable, la recherche gazière et pétrolière de ce bassin, basée sur les concepts du pull-apart classique, s'est révélée décevante jusqu'à présent. Nos travaux ouvrent la voie pour une stratégie d'exploration renouvelée. Mieux adaptée à la structure réelle du bassin, elle pourrait déboucher sur la découverte de gisements importants.


Apports principaux à l'étude du processus de subduction (1980-2000)

Voir documents (4) et (5) de ce blog
(4) APPORTS A LA COMPREHENSION DU PROCESSUS DE SUBDUCTION (PARTIE 1)
(5) APPORTS A LA COMPREHENSION DU PROCESSUS DE SUBDUCTION (PARTIE 2)

La subduction est l'un des deux processus majeurs de la tectonique des plaques. (1) L'accrétion océanique crée de la surface au niveau des dorsales. (2) Le long des 60000 kilomètres des grandes fosses océaniques l' équivalent de la surface terrestre créée au niveau de la dorsale disparait définitivement, aspirée vers le manteau, à la vitesse de plusieurs centimètres par an. Ce processus naturel est potentiellement utilisable pour éliminer définitivement les déchets anthropiques les plus dangereux. La subduction fait partie de l'arsenal des moyens possibles à mettre en oeuvre pour un développement durable de la planète Terre. Pour cette raison, l’étude directe du processus de subduction mérite attention et investissements.


Distinctions scientifiques, évaluation scientifique et programmes majeurs

Prix Charles Jacob de l’Académie des Sciences (France).
Membre du Tectonic Panel du programme ODP.
Editeur pour “South American Earth Sciences” (3 ans).
Editeur du “Bulletin de la Société Géologique de France” (6 ans).
Reviewer de journaux scientifiques (Tectonophysics, Tectonics, EPSL, JGR parmi d’autres)
Reviewer de projets pour la NSF, la CONICYT, la CONACYT, et pour le Sonderforschungsbereichs 574 (GEOMAR).

Chef de mission et chef de projet pour sept (7) campagnes marines : N/O Jean Charcot, (campagnes SEAPERC, and SEAMAT), N/O Nadir (campagnes NAUTIPERC 1, NAUTIPERC 2 avec le submersible NAUTILE), N/O l’Atalante (campagne ANDINAUT avec le submersible Nautile), campagne CYANALBORAN avec plongées du submersible Cyana) et N/O L’Atalante (campagne CTJ sur la zone du point triple du Chili).

Investigateur Principal de nombreux programmes internationaux dont trois projet ECOS-Sud (triple junction area of southern Chile) et deux projets ECOS-Nord (slab window evolution at the Mexican triple junction area including Baja California peninsula).
Membre de l’équipe scientifiques du Leg 84 (Glomar Challenger, DSDP) et du Leg 112 (Joides Resolution, ODP).

Liste des articles publiés
VOIR articles  (7) Liste des publications de Jacques Bourgois 
                       (8) Liste des publications de Jacques Bourgois (suite)



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10 septembre 2008 3 10 /09 /septembre /2008 07:51
APPORTS A LA COMPREHENSION DU PROCESSUS DE SUBDUCTION
Un condensé des travaux conduits depuis les années 80


Jacques Bourgois   DR1 CNRS

Septembre 2008


Motivations des études

La subduction est un processus associé à la disparition de surface terrestre. Au niveau des grandes fosses océaniques (~60 000 km), le plancher sous-marin et les sédiments qu'il porte sont emportés vers les profondeurs du manteau terrestre (asthénosphère). Un retour vers la surface par le volcanisme associé est possible. Il peut intervenir  après 800 000 ans pour une subduction rapide comme celle du sud-Ouest Pacifique. Généralement le transit du matériel entré en subduction est supérieur au million d’années. Pour certaines subductions qui ne présentent pas de volcanisme actif, comme au Pérou ou au Nord du Chili, la possibilité d’un retour vers la surface n’existe pas. De fait, La subduction apparaît comme un puits naturel de disparition de matériel superficiel dont le devenir est un recyclage dans la grande machine convective asthénosphérique. C’est pourquoi l’idée d’une utilisation de la subduction comme moyen de destruction définitive de déchets anthropiques, parmi lesquels  les déchets nucléaires ultimes, a été proposée (Bourgois, 1996), justifiant de la sorte les études conduites depuis 1978.
Dans les années 80-90, l’efficacité du discours anti-nucléaire de l’écologie politique portait un puissant coup d'arrêt au développement du nucléaire civil. On pensait alors le problème des déchets nucléaires comme potentiellement réglé à terme du fait d’une production décroissante annoncée de l’électro-nucléaire. L’idée d’un entreposage des déchets sur le territoire national de celui qui les produit restait envisageable comme stipulé par la loi française, copie conforme  du "National Nuclear Waste Policy" voté par le Congrès américain en 1982.

Aujourd’hui, le réchauffement climatique, les besoins énergétiques croissants des pays en développement et la perspective de l’épuisement des énergies fossiles (prévisible depuis plusieurs décennies) placent à nouveau l’électronucléaire au devant de la scène. De nombreux spécialistes pensent que seule une expansion massive de la source énergétique nucléaire permettra de répondre à la demande en électricité du monde en développement tout en maintenant la concentration atmosphérique en dioxyde de carbone à 550 ppm. Cette situation avec une concentration en C02 considérée par beaucoup comme encore trop élevée nécessiterait la construction de 1500 à 4000 centrales. Le nucléaire civile réémerge comme la source énergétique abondante et fonctionnelle la plus respectueuse de l'environnement . C'est l'énergie d'un avenir à moyen terme (50-70 ans).

Les techniques de réutilisation du combustible nucléaire, proposées dans le cadre du "Global Nuclear Energy Partnership (GNEP)" signé à ce jour par 21 nations dont la France devraient optimiser à terme le volume des déchets. Cependant la multiplication prévisible des centrales nucléaires civiles de par le monde avec un recyclage du combustible dans quelques pays en ayant la capacité place à nouveau l’élimination possible des déchets nucléaires ultimes au premier rang des préoccupations environnementales.  Ainsi le DOE prévoit la nécessité d’aménager un second site d’entreposage au Nevada pour simplement répondre à la revitalisation de l’industrie nucléaire américaine.

Revitaliser les études fondamentales (études et mesures de terrain et modélisations) d’un processus naturel de la planète qui présente la potentialité d’une élimination définitive des déchets nucléaires ultimes nous semble prioritaire. Ces études se placent dans la perspective d’une utilisation réduite des combustibles fossiles et présentent la potentialité de laisser une planète propre aux générations futures. Entreprendre ces études peut naturellement s'envisager dans le cadre actuel de la loi. Une mise en oeuvre industrielle nécessiterait un aménagement de la loi nationale et ne pourrait naturellement s'envisager que dans un cadre international multilatéral dans l'esprit du GNEP.

Le processus de subduction est au centre des travaux que nous avons conduits depuis le début  des années 80. La zone d’étude couvre pour l’essentiel les fosses d’Amérique Centrale, du Pérou-Chili, du Mexique à la Patagonie, et les reliefs liminaires associés : Andes et prolongation méridionale de la Sierra Nevada. Les travaux ont été menés sous forme d’opérations scientifiques informelles terre mer avec mise en œuvre de campagnes de terrain coordonnées avec des croisières de géophysique marine et d’observation en plongées (submersible Nautile). Les zones d’application ou transversales d’étude comprennent la zone du point triple du Mexique et la Basse Californie, le Costa Rica, la Colombie, le Nord Pérou et l’Equateur, la zone du point triple du Chili et les Andes de Patagonie. J’ai été investigateur Principal (PI) de toutes ces opérations et le chef de mission des campagnes marines correspondantes (liste complète, voir « Liste des productions » de l'article 2 de ce blog). La conduite des travaux a nécessité la mobilisation d’équipes scientifiques nationales et internationales de 15 à 20-30 chercheurs. Une participation aux campagnes de forage du Glomar Challenger (Leg 84) et du Joides Resolution (Leg 112) fait partie du dispositif.

Les travaux réalisés et leur publication (liste complète voir articles 7 et 8 de ce blog) prennent leur sens dans une perspective historique. Ils ont participé, et pour certains grandement, à la résolution de questions qui pour une partie d’entre elles ne se posent plus aujourd’hui. C’est le cas par exemple des chaînes de montagne dont on pensait qu’elles trouvaient leur formation dans la subduction océanique, de l’ophiolite dont on croyait qu’elle pouvait trouver sa mise en place à partir de l’écaillage océanique, des Andes dont la façade orientale était proposée comme limitée par de grandes failles normales. Ces avancées scientifiques ont comme résultat, pour une partie d'entre elles  tout au moins, de rendre caduques les arguments scientifiques qui ont conduit le Congrès Américain à voter le "National Nuclear Waste Policy" en 1982.

Pour apporter une certaine clarté à l'exposé, les résultats sont présentés de manière croisée, par ordre chronologique et par thème en rappelant les questions qui se posaient au moment de leur actualité. Plus récemment la question centrale abordée par nos travaux concerne les relations de couplage et de rétro action entre la tectonique et le climat aux échelles de temps de l'alternance glaciaire interglaciaire des 500 000 dernières années. A ce propos, des apports déterminants concernent la zone sismogène et le régime tectonique de la marge active. Certains résultats présentent des implications en termes d’aléas et risques. L'étude des potentialités de la subduction pour son utilisation comme moyen potentiel d'une élimination définitive des déchets nucléaires ultimes est plus que jamais d'actualité.

Les apports principaux sur la compréhension de la subduction et processus associés:
Subduction et orogenèse
Découplage des concepts de convergence et de compression
L’écaillage océanique, l’ophiolite
L’ophiolite de Colombie, l’obduction
Subduction océanique, subduction continentale, orogenèse andine
Risque tsunamique
Déchets nucléaires
Point triple du Chili, subduction de dorsale, les adakites
Point triple du Chili, érosion tectonique
La fenêtre asténosphérique
Fragmentation océanique, saut de dorsale, microplaque
Contrôle climatique du régime tectonique de la marge active
Echappement tectonique
Risque sismique, les très gros séismes


1- Subduction et orogenèse (Nature, 1982 ; EPSL, 1984 ; Tectonophysics, 1984)

Le Leg 84 du Glomar Challenger, localisé dans la fosse d’Amérique Centrale au large du Guatemala avait pour objectif de confirmer le modèle d’une marge active constituée d’un empilement d’écailles impliquant le substratum basaltique océanique. Le Leg 66 situé plus au Nord avait proposé ce modèle du prisme d’accrétion pour l’ensemble de la marge mexicaine sur la base d’une argumentation sédimentologique. Au moment de la programmation du Leg 84 on pensait que la marge du Guatemala représentait le stade précoce d’une chaîne de montagne impliquant des ophiolites (le fond océanique écaillé). Les travaux de l’équipe française à bord du Leg 84 (Aubouin et al., 1982 et 1984), associés aux campagnes de terrain conduites à terre au Costa Rica (Bourgois et al., 1984) montraient que les failles inverses à pendage continental de la marge du Guatemala étaient en fait des failles normales  à pendage océanique. Le supposé  écaillage basaltique de la croute océanique Miocène de la plaque des Cocos correspondait en fait au substratum basaltique de la marge de l'Amérique centrale avec un âge Jurassique et Crétacé. A la suite de ces travaux (Bourgois, 1993) le modèle du prisme de Seely était abandonné pour le Guatemala ; la marge active comme stade initial d’une chaîne de montagne proposée après le Leg 66 était abandonnée ; le rôle de la subduction-érosion dans l’évolution de la marge apparaissait comme fondamental.

 




Figure 1.
Frontispice (Bourgois et al., 1982) du Blue Book du Leg ODP 84 du Glomar Challenger. L’évolution de la marge convergente du Guatemala (plaque Caraibes en orange à droite) est contrôlée par l’extension. L’ophiolite (en vert) de son substratum, d’âge crétacé, n’est pas le résultat d’un écaillage des basaltes (en bleu) d'âge oligo-miocène de la plaque des Cocos plongeante (en jaune à gauche). C’est une marge extensive en convergence (Nature, 1982 ; EPSL, 1984 ; Tectonophysics, 1984). La marge est subsidente (voir paragraphe suivant).
Localisation des forages ODP effectués pendant les campagnes 67 (chiffres fins) et 84 (chiffres gras) du Glomar Challenger. (A) Sédiment miocène et blocs de serpentine, (B) Gaz hydrates solides, (C) Péridotite serpentinisée, (D) Calcaire crétacé supérieur sur le complexe ophiolitique, (E) Péridotite serpentinisée (lame mince), (F) Mudstone de l'Eocène terminal.

2- Découplage des concepts de convergence et de compression (Tectonophysics 1984 ; CRAS, 1982 ; BSGF, 1983, 1985 a et b)

D’un point de vue plus fondamental, le point majeur était celui du découplage de deux concepts intuitivement liés au niveau du comportement mécanique de la marge active. La convergence entre deux plaques tectoniques en subduction devait conduire à une déformation en compression de la bordure de la plaque supérieure. La marge devait évoluer par accumulation d’écailles tectoniques ce qui devait engendrer une surrection et conduire à l’émersion (et donc impropre pour un entreposage des déchets nucléaires). Le Leg 84 démontrait qu’il n’en était rien et que bien au  contraire la marge apparaissait comme contrôlée par des failles normales et une subsidence (Bourgois et al., 1984 ; Bourgois and Glaçon, 1985 ; Glaçon and Bourgois, 1985). Les travaux menés sur l’état de dissolution des tests de microfossiles calcaires permettaient de dater et de quantifier la subsidence. Cette situation implique un fort découplage des plaques supérieure et inférieure et l’existence d’une usure de la base de la plaque supérieure (érosion tectonique ou subduction-érosion) suggérée quelques années plus tôt dans une publication à Geology (Scholl et al., 1980). Il est intéressant de noter que la méthode d’approche de la dissolution des tests de foraminifères calcaires comme moyen de mesure de la subsidence a été validée par des travaux récemment publiés au Journal of Geophysical Research en 2005.

3- L’écaillage océanique, l’ophiolite (Earth and Planetary Science Letters, 1988 ; Tectonophysics 1984 ; DSDP, 1985)

Le modèle du prisme d’accrétion de Seely tel que proposé le long de la marge du Guatemala implique un écaillage (compression) impliquant non seulement les sédiments mais aussi la croûte océanique sous-jacente : basalte, gabbro et péridotites, de l’océan voisin en subduction. Un modèle actualiste possible était proposé pour la fosse du Pérou vers 10°S. En effet, Kulm et al. (1981) ont décrit à cet endroit une écaille à l’Est de la fosse dont il était considéré qu’elle représentait le plancher océanique en voie d’incorporation au prisme d’accrétion de la marge active du Pérou. Les travaux menés pendant la campagne Seaperc (N/O Jean Charcot) permettaient de démontrer que les sédiments détritiques de la fosse, couverture de l’écaille, ne présentent aucune déformation. Cette couverture, horizontale, repose en discordance sur le dos de la supposée écaille océanique. Il ne s’agit que d’une structure ancienne de la plaque océanique qui, entraînée par la plaque plongeante arrive dans la fosse. Le mécanisme proposé d’intégration d’une ophiolite à un édifice montagneux, en cours au Pérou, réalisé au Guatemala, se révélait être faux à la suite du Leg 84 (Guatemala) et de la campagne Seaperc du Jean Charcot (Pérou). Le matériel de la plaque océanique a pour destin une disparition par subduction.



Figure 2. La fosse du Pérou (trench turbidite) montre des sédiments horizontaux et discordants sur le relief océanique en subduction (plaque Nazca) à gauche, il ne peut donc pas s’agir (comme proposé dans le "Nazca Plate Project," Geological Society of America Memoir, 1981) d’une écaille océanique (ophiolitique) en voie d’incorporation tectonique à la marge péruvienne située à droite. C’est une structure ancienne de la plaque plongeante qui arrive à la fosse (d'après Bourgois et al., 1988).

4- L’ophiolite de Colombie, obduction (Tectonophysics, 1982 et 1987)

De 1980 à 1985, des travaux de terrain ont été menés sur l’édifice andin de Colombie avec une focalisation sur l’ophiolite de la Cordillère Occidentale. Dans cette partie des Andes septentrionales, le modèle de l’écaillage océanique du prisme de subduction-accrétion a été proposé pour expliquer la présence de l’ophiolite. En fait, la structure (fenêtre tectonique antiforme) de la Cordillère Occidentale et la polarité des apports sédimentaires détritiques montrent qu’il s’agit d’une ancienne mer marginale dont la fermeture conduit à l’écaillage et à l’obduction de son plancher océanisé au Crétacé supérieur-Paléocène. (Bourgois et al., 1984 et 1987). Le modèle actualiste qui convient le mieux est celui de la mer du Japon qui se refermerait entre le bloc Japonais et l’Asie. La déformation active de la bordure japonaise de cette mer marginale suggère que le processus qui a conduit à la mise en place de l’ophiolite colombienne est en cours de fonctionnement au Japon. Les interprétations proposées plus récemment d’une origine par collision du plateau océanique « Galapagos-Caraïbes » avec le continent des Amériques ne rend pas compte de la présence des 7 à 10 km de sédiments détritiques couverture de l’ophiolite Colombienne et n’apporte pas d’explication à l’obduction (150 km de portée) de l’ensemble ophiolite et de sa couverture sédimentaire sur la bordure continentale sud américaine. L’écaillage ophiolitique et l’obduction colombienne trouvent une meilleure explication dans le modèle « mer marginale » que dans le modèle « collision de plateau océanique ». Le premier rend compte de la partie essentielle des affleurements (en surface), la seconde d’affleurements très localisés. Le modèle explicatif d'évolution de la bordure andine de Colombie à partir d'un écaillage du type prisme d’accrétion de marge active doit être abandonné.



Figure 3. Le modèle «mer marginale type Japon » rend mieux compte de l’évolution des Andes de Colombie et de la mise en place de l’ophiolite. Les modèles « prisme d’accrétion type marge active» et «plateau océanique» ne rendent pas compte des contraintes tectoniques et sédimentologiques (Bourgois et al., 1987). Une mer marginale (coupe du centre) d'arrière arc s'ouvre au Crétacé entre le continent sud-américain à droite et un arc volcanique à gauche. Au Crétacé supérieur-Paléocène, la mer marginale se referme, les basaltes et leur couverture turbiditique (7-8 km d'épaisseur) sont transportés sur la bordure continentale de l'Amérique du Sud (dessin du haut) à plus de 150 km vers l'Est. La suture ophiolitique du matériel obducté se trouve aujourd'hui le long de la vallée du Rio Cauca entre Cordillères Centrale et Occidentale (d'après Bourgois et al., 1987).

5- Subduction océanique, subduction continentale, orogenèse andine (CRAS, 1981)

En 1981, les Andes étaient proposées comme contrôlées dans leur évolution tectonique par de grandes failles normales localisées le long des bordures amazonienne et pacifique. A la suite de travaux menés dans le Nord des Andes péruviennes, nous avons proposé un autre modèle (CRAS, 1981) qui accorde un rôle prépondérant à la subduction continentale (subduction A) côté amazonien. Côté pacifique, l’évolution du relief (Cordillère Occidentale) est contrôlée par le volcanisme, c’est la signature de l’intumescence thermique proposée par Dewey et Bird (1970). Il n’y a pas de racine crustale associée à la Cordillère Occidentale. La racine crustale des Andes est fortement décalée vers l’Est, sous la Cordillère Orientale. L’épaississement trouve son origine dans la subduction continentale. Les craton Brésilien et Guyanais s’engagent sous les Andes qui voient ainsi leur racine crustale s'édifier. Cette racine crustale est à l'origine de l'évolution dynamique du relief andin oriental (Cordillère Real ou Orientale). Ce modèle de la double subduction fonctionne dans les Andes à partir de l’Oligocène, période à laquelle la totalité de l’ouverture atlantique s’applique à la plaque Amérique du Sud, la plaque Afrique restant fixe dans le repère des points chauds. En 1983, les premières descriptions de séismes en compression, côté amazonien, étaient publiées (Suarez et al., Journal of Geophysical Research).





Figure 4.
Evolution géodynamique des Andes nord péruviennes (SO : subduction océanique, SC : subduction continentale). En grisé croûte océanique, en blanc croûte continentale. Les flèches figurent les vitesses de déplacement ; VE : extension induite par la subduction océanique sur la bordure la plaque Amérique du Sud, VA : vitesse de déplacement du continent sud américain. A partir de 30 Ma, VA-VE >0, la subduction continentale commence à fonctionner, les Andes orogéniques se construisent (d'après Bourgois et Janjou, 1981).
La bordure amazonienne des Andes n'est pas contrôlée par de grandes failles normales.








6- Risque tsunamique (EPSL, 1988 ; JGR, 1989 ; Geology 1993)

Les travaux menés le long de la marge du Pérou ont permis d’identifier un mécanisme important à l’origine de certains tsunamis (Earth and Planetary Science Letters, 1988 ; Journal of Geophysical Research, 1989, Geology 1993). Vers 4-5°S, la marge présente les évidences d’un énorme glissement sous-marin. L’équivalent d’un volume comparable à la moitié des Alpes françaises a glissé depuis une cicatrice de faille localisée vers 3-4000 m de profondeur jusque dans la fosse vers 6000 m. La modélisation du tsunami provoqué par ce glissement sous-marin catastrophique montre qu’une vague de 50 m de haut serait arrivée à la côte. Le mécanisme conduisant à la déstabilisation de la marge a été reconstitué (Geology, 1993). La marge du Pérou est caractérisée par l’extension et la subsidence. Son régime tectonique est celui de la subduction-érosion caractérisé en surface par de grande faille normale à pendage vers l’océan. D’ampleur crustale, l’une de ces failles (Figure 5) montre le développement d’un pli en roll-over dont l’évolution pendant environ 400 000 ans a conduit à la déstabilisation de son flanc océanique. Vers 11 000 ans, la rupture du flanc océanique a provoqué un énorme glissement tsunamogène. Ce modèle d’évolution a été retrouvé depuis au large du Costa Rica. Les zones potentiellement dangereuses sont facilement identifiables à partir d’enregistrements géophysiques





Figure 5. Origine de certains grands glissements sous-marins tsunamogènes (Geology, 1993). (A) Situation initiale lorsque la pente est stable vers 400 000 ans. (B) L'évolution tectonique de la partie moyenne de la pente continentale pendant les 400 000 dernières années est marquée par l'évolution d'un détachement à vergence océanique dont le pendage est inférieur à 20°. Le glissement le long de la faille est accommodé par le développement d'un pli antiforme  (roll-over fold). Ce pli occupe la totalité de la pente moyenne. Le flanc du pli situé du coté continental à droite s'est effondré d'environ 800 m accompagné d' une rotation. La pente vers l'océan n'est plus que de 2°, elle devient sur stable. A l'inverse le flanc situé du côté océanique (à gauche) devient très instable en atteignant  une inclinaison de 11-12°. Cette inclinaison dépasse l'angle critique de la stabilité gravitaire de la pente. Un immense glissement sous-marin se produit (vague tsunamique calculée: 50 m de hauteur à la côte. Les âges proposés le sont à partir de prélèvements effectués avec le submersible Nautile.




7- Déchets nucléaires (Annales des Mines, 1996; Earth and Planetary Science Letters, 1988; Geology 1993 ; Geochimica and Cosmochimica Acta, 1997)


Les marges du Pérou et d’Amérique centrale montrent une certaine permanence dans le temps de leur régime tectonique, probablement du fait de la stabilité et de la faiblesse des apports détritiques à la fosse (voir paragraphe 12). Le désert d’Atacama qui se prolonge le long de la côte au Pérou n’a pas vu changer son extrême sécheresse depuis le Miocène. La permanence du régime tectonique de la marge du Pérou caractérisée par la subduction-érosion implique que tout le matériel de la plaque plongeante, le matériel sédimentaire de la fosse et la base de la plaque supérieure (érosion tectonique) retournent au manteau. Par ailleurs la partie du chenal de subduction située sous le mur interne de la fosse (marge continentale) n’est pas sismogène entre la fosse et la côte (~80 km). Ainsi, peut-on envisager que des déchets nucléaires, placés dans la fosse, seraient emportés avec la reste du matériel de la fosse le long du chenal de subduction vers le manteau (Bourgois et al., 1996). Par ailleurs, les prélèvements de fluides au moyen du submersible Nautile (Geology, 1993, Geochimica Cosmochimica Acta, 1997) permettaient de montrer que la marge draine des fluides d’origine continentale suggérant que les fluides interstitiels en subduction (plaque plongeante et sédiment de la fosse) sont également entraînés vers le manteau.  Ainsi, dans la situation telle qu’analysée à l’époque permettait d’envisager le développement d’un programme dont l’objectif aurait été l’entreposage et l’élimination définitifs des déchets nucléaires de longue vie en utilisant la subduction du Nord Pérou. Cela aurait permis d’éviter l’absurdité de la loi internationale actuelle qui impose à chaque pays l’entreposage des déchets sur son propre territoire.
 

Figure 6. Modalités (schéma) d’élimination définitive des déchets nucléaires ultimes s’ils étaient entreposés dans une fosse du type de celle du Nord Pérou (Bourgois, 1996).
Séquence d'évolution, trois situations sont décrites: le présent (schéma du haut), dans 40 000 ans (schéma du centre noté 40 ka), dans 80 000 ans (schéma du bas noté 80 ka). Le point rouge figure les déchets nucléaires. Il est envisagé ici une localisation initiale au pied du mur interne de la fosse, coté continental (à droite, en brun sur la figure), enfouis à 200 m de profondeur dans les sédiments meubles de la fosse. Avec le temps, les déchets nucléaires sont entraînés dans la subduction (vers la droite sur le schéma) avec les sédiments de la fosse (vert et jaune), et l'ensemble de la lithosphère océanique (blanc avec tirets et violet v inversés). Dans le m^me temps, le mur interne de la fosse subit une abrasion de sa partie basale (érosion tectonique) qui maintient la zone à haute déformation et circulation de fluides en surpression au dessus du site d'entreposage des déchets. Ces déchets seraient à terme véhiculés vers le manteau terrestre a la vitesse de 6-7 cm par an.





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