L’ESSENTIEL

• Les coquilles des bénitiers géants enregistrent jour après jour les variations du climat.

• Il y a 225 ans, les étés de la Grande Barrière de corail étaient jusqu’à 1,2 °C plus frais qu’aujourd’hui.

• Ces archives permettent aussi de retracer les variations d’El Niño et de La Niña.

Lorsque l’on nage dans les eaux azurées de la Grande Barrière de corail, il est presque impossible de ne pas remarquer l’un des habitants des fonds marins : le bénitier géant. Son immense coquille cannelée encadre un manteau de tissus mous aux reflets éclatants de bleu, de vert et d’or.

Plus grand mollusque bivalve vivant au monde, Tridacna gigas peut atteindre 1,20 mètre de long, peser plus de 200 kilos et vivre plus d’un siècle. Tout au long de leur longue existence, ces bénitiers inscrivent dans leur coquille la trace de leur vie quotidienne, constituant ainsi une sorte de journal autobiographique.

Dans notre nouvelle étude, nous avons déchiffré l’un de ces journaux inscrits dans une coquille afin de reconstituer, mois après mois, les conditions climatiques à Jiigurru (également connu sous le nom d’archipel de Lizard Island), dans le nord de la Grande Barrière de corail, en Australie.

La coquille révèle qu’avant le réchauffement généralisé lié à l’ère industrielle, les étés à Jiigurru étaient plus frais qu’aujourd’hui, tandis que les hivers étaient, de façon surprenante, très similaires à ceux que nous connaissons actuellement.

Comment une coquille peut-elle tenir un journal ?

À mesure qu’un bénitier géant grandit, l’alternance du jour et de la nuit laisse dans sa coquille de microscopiques lignes de croissance quotidiennes, tandis que le rythme des saisons produit des bandes annuelles plus larges. À la manière des cernes d’un arbre, ces différentes couches transforment la coquille en véritable journal.

Les lignes de croissance permettent de dater chaque « entrée », comme nous le ferions dans notre propre journal. Quant à l’eau de mer environnante, elle en écrit le contenu en influençant la composition chimique de chaque nouvelle couche. La géochimie est ainsi le langage dans lequel s’écrit ce journal du climat. En le déchiffrant, les chercheurs peuvent reconstituer l’évolution de l’environnement du récif tout au long de la longue vie du bénitier.

Des données qui manquent dans l’hémisphère Sud

Aujourd’hui, des instruments installés sur terre, dans les océans et dans l’espace mesurent en permanence l’évolution du climat à travers le monde. Mais ces observations directes ne couvrent qu’une infime partie de l’histoire de la Terre. Pour remonter plus loin dans le temps, les chercheurs doivent se tourner vers d’autres archives climatiques : les traces conservées dans les cernes des arbres, les coraux, les carottes de glace, les sédiments lacustres et océaniques ou encore les coquilles.

Or, une grande partie des données les plus détaillées sur le climat antérieur au réchauffement de l’ère industrielle proviennent de l’hémisphère Nord et des hautes latitudes. Les océans tropicaux de l’hémisphère Sud sont beaucoup moins bien documentés.

Or, les bénitiers géants vivent dans toute la zone tropicale de l’Indo-Pacifique. Leurs coquilles peuvent donc contribuer à combler cette lacune en fournissant des archives climatiques locales d’une grande précision, permettant de retracer les variations au sein même des saisons.

Lire les archives de la coquille

Notre étude a été menée en partenariat avec la Walmbaar Aboriginal Corporation et la Nguurruumungu Indigenous Corporation. Publiée dans la revue Global and Planetary Change, elle porte sur la coquille d’un bénitier géant de 58 centimètres, découverte dans le lagon de Jiigurru.

Jiigurru revêt une grande importance culturelle pour les communautés aborigènes Dingaal et Ngurrumungu. Des fouilles archéologiques menées sur des amas coquilliers attestent d’une présence aborigène depuis au moins 6 500 ans.

La datation au carbone 14 a montré que le bénitier avait vécu entre 1785 environ et 1827, vers la fin d’une période de refroidissement préindustrielle connue sous le nom de petit âge glaciaire. Au microscope, nous avons dénombré près de 10 900 lignes de croissance quotidiennes, indiquant qu’il avait vécu environ 30 ans.

Nous avons ensuite percé 784 minuscules trous afin de prélever des échantillons de poudre dans les différentes couches de la coquille. Dans chacun d’eux, nous avons mesuré différentes formes d’oxygène et de carbone, appelées isotopes.

Les isotopes de l’oxygène nous ont permis d’estimer les températures de la mer à l’époque, tandis que ceux du carbone nous ont fourni des indices sur les précipitations. En croisant ces informations chimiques avec les lignes de croissance de la coquille, nous avons pu reconstituer, mois après mois, l’environnement du récif avant le réchauffement lié à l’industrialisation.

Ce que la coquille nous a révélé

En comparant notre reconstitution aux températures de surface de la mer mesurées dans le même lagon entre 1995 et 2015, nous avons constaté qu’il y a 225 ans, les températures étaient en moyenne inférieures de 0,6 à 0,9 °C sur l’ensemble de l’année. Les étés étaient plus frais de 0,9 à 1,2 °C, tandis que les températures hivernales étaient presque identiques à celles d’aujourd’hui.

Mais ce journal inscrit dans la coquille nous a renseignés sur bien plus que les seules températures. Les isotopes du carbone ont fait apparaître une alternance nette entre saisons plus humides et plus sèches. Les températures fluctuaient également selon des cycles réguliers de deux à trois ans, compatibles avec des variations locales de type El Niño et La Niña.

Le bénitier révèle que les épisodes de type El Niño, plus chauds et plus secs, étaient plus fréquents vers la fin du XVIIIe siècle. Au début du XIXe siècle, les conditions de type La Niña, plus fraîches et plus humides, sont devenues plus fréquentes et ont donné lieu aux épisodes les plus marqués de toute la période étudiée.

Une simple moyenne aurait masqué toute cette complexité. La reconstitution mois par mois montre comment les températures variaient au fil des saisons, comment alternaient les périodes humides et sèches au cours de l’année, et comment le climat évoluait d’une année à l’autre.

Un phénomène plus large dans l’hémisphère Sud

Jiigurru constituait-il un cas isolé ? D’autres archives climatiques suggèrent que non. Des coraux provenant d’autres régions de la Grande Barrière de corail et du nord-ouest de l’Australie témoignent eux aussi de températures marines plus basses ou de modifications des conditions océaniques.

Les archives tirées des glaces de l’Antarctique et des glaciers font également apparaître un refroidissement et des changements dans la circulation atmosphérique et océanique au cours de la même période.

Plus loin encore, d’autres archives témoignent de conditions de type La Niña. Des coraux des Galápagos révèlent des épisodes de ce genre fréquents au début du XIXe siècle. Des données issues de grottes du nord du Pérou indiquent que le petit âge glaciaire y a été marqué par des conditions plus humides. Dans le sud-est de l’Australie, le niveau des lacs était également plus élevé au début du XIXe siècle.

Mises bout à bout, ces archives dessinent un tableau plus large du climat passé de l’hémisphère Sud. De nombreuses régions étaient plus fraîches, tandis que les précipitations et la circulation océanique évoluaient différemment selon les endroits. Mais il ne s’agissait pas d’un phénomène uniforme. À Jiigurru, le refroidissement était moins marqué que ne le suggèrent de nombreuses estimations pour l’hémisphère Nord, ce qui montre toute l’importance des archives climatiques locales.

Notre bénitier géant apporte ainsi un rare témoignage marin, mois par mois, à cette histoire climatique de l’hémisphère Sud. L’étude de coquilles similaires provenant d’autres récifs de l’Indo-Pacifique pourrait permettre de comprendre comment ces grands changements climatiques se sont manifestés d’une région à l’autre. De nombreux autres journaux du climat attendent peut-être encore d’être déchiffrés dans les coquilles des bénitiers géants.

Bohao Dong bénéficie de financements de l’Australian Research Council et de l’Australian Nuclear Science and Technology Organisation Postgraduate Research Award.

Amy Prendergast a reçu des financements de l'Australian Research Council.

Sean Ulm a reçu des financements de l'Australian Research Council.

L’ESSENTIEL

• En groupe, nous avons tendance à tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

• Ce biais persiste quels que soient l’environnement, la culture ou les interactions entre piétons.

• Il existe déjà chez les individus marchant seuls, mais son origine reste inexpliquée.

Cette histoire a débuté, comme tant d’autres dans l’histoire des sciences, par quelque chose que nous ne cherchions pas. En 2020, pendant la pandémie de Covid-19, nous étudiions une question très concrète : comment les gens se déplacent-ils dans un espace clos lorsqu’on leur demande de garder leurs distances ? En visionnant encore et encore les images, nous avons remarqué quelque chose d’étrange : presque tous les participants décrivaient des boucles dans la même direction, toujours dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Plus étonnant encore, aucun ne semblait s’être rendu compte qu’il le faisait.

Pour un physicien, cela ressemble à un cas d’école de « comportement émergent » : un phénomène collectif qui naît d’une multitude de petites interactions, soit entre les individus, soit entre les individus et leur environnement. Ce sont les deux principales hypothèses que nous avons cherché à tester séparément.

La pièce n’y était pour rien

Nous avons d’abord soupçonné les interactions entre les piétons et les murs de la pièce. Une étude antérieure en neurosciences avait montré que les droitiers ont tendance à tourner à gauche et les gauchers à droite, un léger biais lié à de petites différences entre les deux hémisphères du cerveau. Comme la majorité des participants de notre première expérience étaient droitiers, il était raisonnable de supposer que ce mouvement collectif en boucle n’était rien d’autre que la somme de préférences individuelles, les murs qui les entouraient transformant ces trajectoires en un mouvement circulaire.

Connaissant désormais la préférence de chacun, nous pouvions constituer des groupes en fonction de ce critère et observer ce qui se passait. Si les murs et le fait d’être droitier ou gaucher expliquaient le phénomène, un groupe de gauchers ou, mieux encore, composé uniquement de personnes ayant tendance à tourner à droite aurait dû finir par inverser le sens de rotation et se déplacer dans le sens des aiguilles d’une montre. Cela ne s’est jamais produit. Que nous remplissions la pièce de personnes tournant spontanément à droite ou de gauchers, la tendance à tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre persistait.

Peut-être était-ce alors la simple présence des murs qui orientait les déplacements. Pour le savoir, nous avons transposé l’expérience à l’extérieur, dans une très grande cour d’école de 3 000 mètres carrés, sans murs pour la délimiter, et laissé plus d’une centaine d’adolescents marcher sans aucun repère pour les guider. Non seulement le mouvement de rotation persistait, mais il devenait encore plus marqué. La pièce n’était donc manifestement pas en cause.

La culture n’y était pour rien non plus

Restait notre deuxième suspect : la manière dont nous interagissons les uns avec les autres. Lorsque deux piétons se retrouvent face à face, chacun se décale sur le côté, ce qui conduit au phénomène bien connu de formation de files.

Mais le côté que nous choisissons n’est pas le fruit du hasard : il est généralement déterminé par le côté de la route où l’on conduit. En Espagne, comme dans le reste de l’Europe continentale, nous nous décalons vers la droite, laissant ainsi de l’espace sur notre gauche pour que la personne arrivant en face puisse faire de même.

Nous avons alors émis l’hypothèse que ce mouvement dans le sens inverse des aiguilles d’une montre n’était peut-être qu’une manifestation de ce phénomène. Si, à chaque rencontre, les piétons ont tendance à se décaler vers la droite, ils finissent par marcher en longeant le mur situé à leur droite et donc par tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Si cette hypothèse était juste, une foule japonaise devrait tourner dans le sens des aiguilles d’une montre puisque, au Japon, on conduit et on se décale vers la gauche, et que les files de piétons se forment donc du côté opposé à celui observé en Espagne.

Nous avons contacté un collègue à Tokyo, convaincus qu’il constaterait que la foule tournait dans le sens des aiguilles d’une montre. Mais ces nouvelles expériences se sont soldées par un nouvel échec : la foule japonaise tournait elle aussi dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Notre hypothèse était donc fausse.

Restait une explication culturelle : une habitude acquise au fil du temps, comme celle de tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre sur la quasi-totalité des pistes d’athlétisme. Nous nous sommes donc intéressés à des enfants de maternelle, qui ont encore à peine commencé à intégrer les conventions du monde adulte. Loin de s’atténuer, leur tendance à tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre était la plus forte que nous ayons mesurée.

La réponse est en nous

Si l’explication ne venait ni du groupe, ni de l’environnement, ni de nos habitudes sociales, il ne restait plus qu’une piste : une caractéristique propre à chaque individu, d’ordre biomécanique ou profondément ancrée dans le cerveau.

Pour le vérifier, nous avons demandé à plus de 200 volontaires de marcher seuls, l’un après l’autre, dans un espace vide. Sans personne à éviter ni foule à suivre, une nette majorité d’entre eux se déplaçaient toujours dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

Pendant des décennies, les chercheurs de notre domaine ont considéré que des comportements collectifs comme celui-ci naissaient des interactions entre les piétons. Dans ce cas précis, les données montrent exactement le contraire : ce comportement est déjà présent chez une personne qui marche seule. En intégrant dans un modèle les seules données relatives aux déplacements individuels, nous avons même réussi à reproduire le mouvement circulaire de l’ensemble de la foule. Ici, contrairement à ce qui se produit avec les phénomènes collectifs émergents, le tout n’est pas supérieur à la somme de ses parties : il lui est exactement identique.

Et voici la conclusion, en toute franchise : nous ne savons toujours pas ce qui provoque ce biais à l’échelle individuelle. Nous avons cherché un lien avec le fait d’être droitier ou gaucher, le pied dominant, l’œil dominant, le sexe, etc., sans rien trouver. Des études menées sur des personnes marchant les yeux bandés, qui ont tendance à dévier en décrivant une spirale d’un côté ou de l’autre, suggèrent une explication plus profonde : peut-être de légères asymétries de l’oreille interne, qui modifieraient imperceptiblement notre perception de la ligne droite. Mais en l’état actuel des connaissances, nous ne pouvons pas expliquer ce phénomène.

Quoi qu’il en soit, savoir que cette tendance vient de l’individu plutôt que du groupe est déjà précieux et pourrait modifier notre façon de modéliser et de concevoir les espaces que nous partageons, notamment les aéroports, les gares ou les musées, où la fluidité des déplacements est essentielle.

Cette tendance à partir vers la gauche se retrouve même chez les animaux, par exemple dans les bancs de poissons ou dans les « moulins » en spirale formés par les fourmis légionnaires. La force qui pousse un être humain marchant seul à dévier vers la gauche pourrait donc, en définitive, être bien plus ancienne que l’humanité elle-même.

Iñaki Echeverría Huarte bénéficie d’un financement du projet PID2023-146422NB-I00, financé par le MICIU/AEI/10.13039/501100011033 avec des fonds du FEDER de l’Union européenne.

Ángel Garcimartín Montero bénéficie de financements de l’Agence nationale espagnole de la recherche.

Iker Zuriguel Ballaz bénéficie d’un financement du projet PID2023-146422NB-I00, financé par le MICIU/AEI/10.13039/501100011033 avec des fonds du FEDER de l’Union européenne.

L’ESSENTIEL

• Le bassin de Wilkes, en Antarctique, est gelé et en partie situé sous le niveau de la mer.

• Si toute sa glace venait à fondre en raison du changement climatique, le niveau global de la mer monterait de 3 à 4 mètres. C’est déjà arrivé par le passé, à des températures que nous risquons d’atteindre.

• Il est urgent de mieux documenter son évolution actuelle et de comprendre comment il a réagi par le passé à d’autres réchauffements.

Il y a plus d’un siècle, le géologue australien Sir Douglas Mawson a mené une expédition en traîneau sur des centaines de kilomètres de glace, jusqu’à une région reculée de l’Antarctique oriental. L’expédition a fait demi-tour après la mort tragique d’un de ses membres. Cecil Madigan, un autre Australien, a mené un autre groupe à travers la banquise jusqu’à cette région avant de faire lui aussi demi-tour.

Ces explorateurs intrépides n’ont jamais mis les pieds sur une calotte glaciaire qui pourrait s’avérer cruciale pour notre avenir. À ce jour, encore, nous ne connaissons personne qui s’y soit rendu. Il est temps de changer cela.

Cette région reculée est connue sous le nom de bassin sous-glaciaire de Wilkes, une immense étendue de glace mesurant 1 400 kilomètres sur 400 kilomètres.

Or, une grande partie du bassin de Wilkes se trouve bien en dessous du niveau de la mer. Si toute la glace du bassin venait à fondre, cela ferait monter le niveau de la mer de trois à quatre mètres. Il est aussi probable que les torrents d’eau de fonte perturberaient des courants océaniques à la base de la circulation océanique, et provoqueraient des bouleversements majeurs pour la vie marine et le climat plus généralement.

Comme nous l’expliquons dans notre nouvelle étude, la région Antarctique est particulièrement vulnérable aux changements. En effet, les reconstitutions des périodes chaudes passées, pendant lesquelles le climat était 2 à 3 °C plus chaud qu’aujourd’hui, montrent que sa calotte glaciaire a rétréci de manière spectaculaire — des conditions dont nous nous rapprochons rapidement.

L’océan, grand ennemi de la glace antarctique

Malgré cela, si vous marchiez dans le bassin de Wilkes, vous ne verriez rien d’inhabituel : de la glace à perte de vue.

C’est ce qui se trouve sous la glace qui importe. Le substrat rocheux sous-jacent se situe jusqu’à 2 000 mètres sous le niveau de la mer : les bassins sous-glaciaires sont d’immenses cuvettes rocheuses remplies de glace. Aujourd’hui, la glace est suffisamment épaisse pour empêcher l’océan de pénétrer dans le bassin, mais l’océan est toujours en contact avec ses bords.

Au large de l’Antarctique oriental, la température de l’océan oscille autour de -1,8 °C. C’est froid, mais la glace est bien plus froide. Il suffirait d’une légère augmentation de la température de l’eau due au réchauffement de l’océan ou à la modification des courants océaniques pour que la glace du bord du bassin de Wilkes fonde plus rapidement et s’écoule vers l’océan.

Comme une partie du substrat rocheux du bassin de Wilkes s’incline vers les profondeurs à mesure que l’on s’éloigne de l’océan, à mesure que la glace recule, l’océan lèche davantage de glace et la faire fondre. Au bout d’un moment, le recul de la glace le long de cette pente deviendra autoentretenu et la fonte irrésistible.

Signes de changement

La plupart des données dont nous disposons sur le bassin de Wilkes proviennent d’avions équipés de radars pénétrant la glace. Celles-ci ont révélé la forme du bassin et mis en évidence sa vulnérabilité. Des observations satellitaires du bassin ont permis de capturer le premier effondrement connu en Antarctique oriental d’une plate-forme glaciaire frangeante dans l’océan dans les années 1970 ou 1980.

Mais il y a encore beaucoup de choses que nous ignorons. Nous ne connaissons pas les voies par lesquelles l’eau chaude de l’océan peut atteindre la glace. Pour comprendre cela, nous devons cartographier la topographie des fonds marins. Nous manquons également de données sur l’évolution des températures océaniques. Sans ces données, nous ne pouvons pas prévoir de manière fiable à quelle vitesse la glace va fondre.

En revanche, nous en savons beaucoup plus sur le glacier Thwaites, une autre région à haut risque de l’Antarctique, qui fait l’objet de vastes programmes de recherche internationaux depuis des années.

Les leçons du passé lointain

Au cours du Pliocène, il y a trois millions d’années, les températures atmosphériques mondiales étaient de 2 à 3 °C plus élevées qu’à l’époque préindustrielle moderne (La référence utilisée pour mesurer aujourd’hui l’augmentation des températures, NdT). La fonte des calottes glaciaires a entraîné leur recul de plusieurs centaines de kilomètres vers l’intérieur des terres, tandis que le niveau mondial des mers était de 6 à 23 mètres plus élevé. Les sédiments des fonds marins montrent que cela a radicalement modifié la forme de l’Antarctique.

Ces observations sont très préoccupantes, car la planète devrait atteindre un niveau de réchauffement similaire d’ici la fin du siècle.

Les projections indiquent que cela entraînera une accélération de la fonte et un recul spectaculaire de la calotte glaciaire du bassin de Wilkes. Ce que nous ignorons, c’est le délai dans lequel cela se produira.

Pourquoi est-il si difficile d’observer la glace ?

Le bassin sous-glaciaire de Wilkes figure parmi les endroits les moins observés de la Terre.

Ce n’est pas dû à son éloignement : il est relativement proche de l’Australie. Les habitants de Hobart, la capitale de l’état de Tasmanie, au sud de l’Australie, sont plus proches des principaux glaciers du bassin de Wilkes que d’autres régions antarctiques. Cela tient plutôt au fait que le bassin est protégé par un océan gelé – une banquise exceptionnellement épaisse, persistante et compactée.

Les images satellites peuvent fournir certaines données, mais les satellites ne voient pas à travers la glace et les océans. Les scientifiques devront s’y rendre en personne.

Cela ne sera pas facile. Accéder au bassin de Wilkes par la mer serait impossible sans les meilleurs brise-glaces. Aucun navire ne s’est jamais approché à moins de 150 kilomètres du glacier Cook, l’un des principaux glaciers du bassin de Wilkes.

Même si une expédition parvient à accéder à certaines zones, les scientifiques devront utiliser des capteurs robotisés pour cartographier de manière exhaustive les conditions océaniques et les fonds marins.

Sur terre, la station permanente la plus proche se trouve à 250 kilomètres.

La bonne nouvelle, c’est que le bassin de Wilkes devient accessible. L’Australie, la Nouvelle-Zélande et d’autres nations de l’Antarctique sont désormais mieux à même de parcourir de longues distances pour acheminer du carburant destiné aux relevés aériens et pour approvisionner les camps de terrain isolés.

De nouvelles technologies permettent de forer à plus de trois kilomètres de profondeur jusqu’au fond de la couche de glace du bassin et de prélever des échantillons des sédiments et du substrat rocheux sous-jacents.

Toute trace d’anciennes espèces océaniques présente dans les sédiments peut servir à déterminer jusqu’où et à quelle vitesse la glace s’est retirée pendant les périodes chaudes, lorsque l’océan pénétrait dans le bassin de Wilkes.

Une affaire inachevée

Les scientifiques pensaient autrefois que l’Antarctique mettrait des siècles à changer. Mais c’était trop optimiste. La glace terrestre fond plus rapidement, la banquise recule et les glaciers flottants, appelés « plates-formes glaciaires », fondent plus vite par le dessous.

Mener des travaux de terrain dans le bassin de Wilkes nécessitera un effort multinational de plusieurs années, en mer et sur terre.

Mais nous ne pouvons pas attendre encore un siècle pour comprendre la menace que représente cet énorme réservoir de glace.

Matt King a reçu des financements du Australian Research Council, du gouvernement australien (département du changement climatique, énergie, environnement et eau), du CSIRO, et d'ACCESS-NRI.

Nancy A.N. Bertler a reçu des financements du ministère du commerce, de l'innovation et de l'emploi; de l'université de Victoria à Welligton, de Earth Sciences New Zealand, et de la Royal Society of New Zealand.