Les chercheurs ont mené une nouvelle étude sur l’effet de serre incontrôlable, révélant comment un seuil critique de vapeur d’eau peut conduire à des changements climatiques catastrophiques sur Terre et sur d’autres planètes. La recherche révèle une configuration nuageuse importante qui contribue à ce changement climatique irréversible, fournissant ainsi un aperçu des climats des exoplanètes et de leur potentiel à soutenir la vie. Crédit : Issues.fr.com
Une équipe de l’UNIGE et du CNRS ont réussi à simuler l’ensemble de l’effet de serre incontrôlable, qui peut rendre une planète complètement inhabitable.
La Terre est un merveilleux point bleu et vert recouvert d’océans et de vie, tandis que Vénus est une sphère stérile jaunâtre qui est non seulement inhospitalière mais aussi stérile. Cependant, la différence de température entre les deux ne se limite qu’à quelques degrés.
Une équipe d’astronomes de l’Université de Genève (UNIGE) et membres du Pôle national de compétence en recherche (PRN) PlanetS, avec le soutien des laboratoires CNRS de Paris et Bordeaux, a réalisé une première mondiale en parvenant à simuler l’intégralité du processus incontrôlable de serre qui peut transformer le climat d’une planète d’idyllique et parfait pour la vie, à un endroit plus que rude et hostile.
Les scientifiques ont également démontré que dès les premières étapes du processus, la structure atmosphérique et la couverture nuageuse subissent des changements importants, conduisant à un effet de serre incontrôlable et très difficile à inverser. Sur Terre, une augmentation de la température moyenne globale de quelques dizaines de degrés seulement, consécutive à une légère augmentation de la luminosité du Soleil, suffirait à initier ce phénomène et à rendre notre planète habitable.
L’effet de serre incontrôlable peut transformer une planète habitable tempérée avec un océan d’eau liquide en surface en une planète dominée par la vapeur chaude et hostile à toute vie. Crédit : © Thibaut Roger / UNIGE
Effet de serre et scénario d’emballement
L’idée d’un emballement de l’effet de serre n’est pas nouvelle. Dans ce scénario, une planète peut évoluer d’un état tempéré comme sur Terre à un véritable enfer, avec des températures de surface supérieures à 1 000°C. La cause? La vapeur d’eau, un gaz à effet de serre naturel. La vapeur d’eau empêche le rayonnement solaire absorbé par la Terre d’être réémis vers le vide de l’espace, sous forme de rayonnement thermique. Il retient la chaleur un peu comme une couverture de sauvetage. Un peu d’effet de serre est utile : sans lui, la Terre aurait une température moyenne inférieure au point de congélation de l’eau, ressemblant à une boule recouverte de glace et hostile à la vie.
A l’inverse, un effet de serre trop important augmente l’évaporation des océans, et donc la quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère. « Il existe un seuil critique pour cette quantité de vapeur d’eau, au-delà duquel la planète ne peut plus se refroidir. À partir de là, tout s’emporte jusqu’à ce que les océans finissent par s’évaporer complètement et que la température atteigne plusieurs centaines de degrés», explique Guillaume Chaverot, ancien postdoctorant au Département d’astronomie de la Faculté des sciences de l’UNIGE et auteur principal de l’étude.
Étude inédite sur la transition climatique
« Jusqu’à présent, d’autres études clés en climatologie se sont concentrées uniquement soit sur l’état tempéré avant l’emballement, soit sur l’état habitable après l’emballement », révèle Martin Turbet, chercheur aux laboratoires CNRS de Paris et Bordeaux, et co-auteur de l’étude. étude. « C’est la première fois qu’une équipe étudie la transition elle-même avec un modèle climatique global en 3D et vérifie comment le climat et l’atmosphère évoluent au cours de ce processus. »
L’un des points clés de l’étude décrit l’apparition d’une configuration nuageuse très particulière, augmentant l’effet d’emballement et rendant le processus irréversible. « Dès le début de la transition, on peut observer des nuages très denses se développer dans la haute atmosphère. En effet, cette dernière ne présente plus l’inversion de température caractéristique de l’atmosphère terrestre et séparant ses deux couches principales : la troposphère et la stratosphère. La structure de l’atmosphère est profondément altérée», souligne Guillaume Chaverot.
De graves conséquences pour la recherche de la vie ailleurs
Cette découverte est un élément clé pour l’étude du climat sur d’autres planètes, et en particulier sur les exoplanètes – planètes en orbite autour d’autres étoiles que le Soleil. «En étudiant le climat d’autres planètes, l’une de nos plus fortes motivations est de déterminer leur potentiel à accueillir la vie», indique Émeline Bolmont, professeure adjointe et directrice du Centre de la vie dans l’univers (LUC) de l’UNIGE et co-auteure de l’ouvrage. étude.
Le LUC mène des projets de recherche interdisciplinaires de pointe sur les origines de la vie sur Terre et la quête de la vie ailleurs dans notre système solaire et au-delà, dans les systèmes exoplanétaires. « Après les études précédentes, nous soupçonnions déjà l’existence d’un seuil de vapeur d’eau, mais l’apparition de cette configuration nuageuse est une véritable surprise ! révèle Émeline Bolmont. « Nous avons également étudié en parallèle comment cette configuration nuageuse pourrait créer une signature spécifique, ou « empreinte digitale », détectable lors de l’observation exoplanète ambiances. La prochaine génération d’instruments devrait pouvoir la détecter », dévoile Martin Turbet. L’équipe ne compte pas non plus s’arrêter là, Guillaume Chaverot ayant reçu une bourse de recherche pour poursuivre cette étude à l’Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG). Cette nouvelle étape du projet de recherche se concentrera sur le cas spécifique de la Terre.
Une planète Terre en équilibre fragile
Avec leurs nouveaux modèles climatiques, les scientifiques ont calculé qu’une très faible augmentation de l’irradiation solaire – conduisant à une augmentation de la température globale de la Terre, de quelques dizaines de degrés seulement – suffirait à déclencher ce processus d’emballement irréversible sur Terre et rendre notre planète aussi inhospitalière que Vénus. L’un des objectifs climatiques actuels est de limiter le réchauffement climatique sur Terre, induit par les gaz à effet de serre, à seulement 1,5 degré d’ici 2050. L’une des questions de la bourse de recherche de Guillaume Chaverot est de déterminer si les gaz à effet de serre peuvent déclencher le processus d’emballement en légère augmentation. de la luminosité du Soleil pourrait faire l’affaire. Si tel est le cas, la prochaine question sera de déterminer si les températures seuils sont les mêmes pour les deux procédés.
La Terre n’est donc pas si loin de ce scénario apocalyptique. « En supposant que ce processus incontrôlable démarre sur Terre, une évaporation de seulement 10 mètres de la surface des océans entraînerait une augmentation de 1 bar de la pression atmosphérique au niveau du sol. En quelques centaines d’années seulement, nous atteindrions une température du sol supérieure à 500°C. Plus tard, on atteindrait même 273 bars de pression de surface et plus de 1 500°C, alors que tous les océans finiraient par s’évaporer totalement », conclut Guillaume Chaverot.
Exoplanètes à Genève : 25 ans d’expertise récompensés par un prix Nobel
La première exoplanète a été découverte en 1995 par deux chercheurs de l’Université de Genève, Michel Mayor et Didier Queloz, lauréats du prix Nobel de physique 2019. Cette découverte place le Département d’Astronomie de l’Université de Genève à l’avant-garde de la recherche dans le domaine, avec la construction et l’installation de HARPES sur ESOLe télescope de 3,6 m à La Silla en 2003.
Pendant deux décennies, ce spectrographe a été le plus puissant au monde pour déterminer la masse des exoplanètes. Cependant, HARPS a été dépassé en 2018 par ESPRESSO, un autre spectrographe construit à Genève et installé sur le Très grand télescope (VLT) à Paranal, Chili.
La Suisse participe également à l’observation spatiale des exoplanètes avec la mission CHEOPS, fruit de deux expertises nationales: le savoir-faire spatial de la Université de Berne, en collaboration avec son homologue de Genève, et de l’expérience terrain de l’Université de Genève, assistée de son homologue de la capitale suisse. Ces deux domaines d’expertise scientifique et technique ont également conduit à la création du Centre national de compétence en recherche (PRN) PlanetS.
Centre La Vie dans l’Univers (LUC) : un pôle d’excellence interdisciplinaire
Le Centre de la Vie dans l’Univers (LUC) est un centre de recherche interdisciplinaire de l’Université de Genève (UNIGE) fondé en 2021 suite à l’attribution en 2019 du prix Nobel de physique par les professeurs Michel Mayor et Didier Queloz. Grâce aux progrès réalisés au cours de la dernière décennie, tant dans les domaines de l’exploration du système solaire, des exoplanètes que de la structure organique de la vie, la question de l’émergence de la vie sur d’autres planètes peut désormais être abordée de manière tangible, et pas plus seulement de manière spéculative. A la croisée de l’astronomie, de la chimie, de la physique, de la biologie et des sciences de la Terre et du climat, le LUC a pour objectif de comprendre les origines et la répartition de la vie dans l’univers. A l’initiative du Département d’Astronomie, le LUC rassemble des chercheurs de nombreux instituts et départements de l’UNIGE, ainsi que de plusieurs universités partenaires à l’international.
