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Les cycles de Milankovitch, du nom du mathématicien serbe MilutinMilanković, sont des variations lentes et naturelles de l'orbite et de l'inclinaison axiale de la Terre. Ces changements progressifs modulent la quantité d'énergie solaire qui atteint notre planète, influençant ainsi les modèles climatiques à long terme et le calendrier des avancées et des retraits glaciaires.
L’excentricité quantifie l’écart de l’orbite terrestre par rapport à un cercle parfait. Lorsque l'excentricité est nulle, l'orbite est circulaire; à mesure qu'elle s'en approche, l'orbite devient plus allongée. Les points clés de l'orbite sont le périhélie (point le plus proche du Soleil) et l'aphélie (point le plus éloigné). La différence entre ces distances définit l'excentricité, qui varie actuellement de 0,0005 à 0,06. Une excentricité plus élevée permet à un peu plus de rayonnement solaire d’atteindre la surface de la planète. Le cycle dure environ 90 000 à 100 000 ans.
L'obliquité fait référence à l'inclinaison de l'axe de la Terre par rapport à son plan orbital. Une inclinaison de zéro effacerait les saisons, alors que l'inclinaison actuelle oscille entre 22° et 24,5°. Lorsque l’hémisphère nord s’éloigne du Soleil, les températures hivernales chutent fortement; lorsqu'il s'incline vers le Soleil, les températures estivales augmentent. Ces fluctuations saisonnières deviennent plus prononcées avec une plus grande inclinaison. Le cycle d'obliquité s'étend sur environ 40 000 ans.
La précession est la légère oscillation de l’axe de la Terre, provoquée principalement par les forces gravitationnelles lunaires et planétaires. Cette oscillation décale le moment du périhélie et de l'aphélie par rapport aux saisons, modifiant l'intensité des contrastes saisonniers. Lorsqu'un hémisphère fait face au Soleil au périhélie, cet hémisphère connaît des saisons extrêmes; l'effet est inversé lorsque l'hémisphère opposé fait face au Soleil. La précession achève un cycle complet en environ 26 000 ans.
L’interaction de l’excentricité, de l’obliquité et de la précession – collectivement appelés cycles de Milankovitch – crée des variations dans la répartition et l’intensité du rayonnement solaire sur des dizaines de milliers d’années. Par exemple, la Terre est à environ 5 millions de kilomètres (3 millions de milles) plus éloignée du Soleil à l'aphélie qu'au périhélie. Aujourd’hui, l’été dans l’hémisphère Nord coïncide avec l’aphélie, qui atténue les extrêmes saisonniers. Il y a seize mille ans, l'alignement opposé produisait des oscillations saisonnières beaucoup plus brutales, un facteur censé être à l'origine de l'avancée et du retrait cycliques des glaciers continentaux.
Ces cycles fournissent un cadre naturel pour comprendre les fluctuations climatiques à long terme de la Terre, complétant les changements induits par l'homme et offrant un aperçu des trajectoires climatiques futures.