Il y a cinquante-six millions d'années, la Terre a connu un épisode exceptionnel de réchauffement climatique. En très peu de temps à l'échelle géologique, entre 10 et 20, 000 ans, la température moyenne a augmenté de cinq à huit degrés, ne revenant à son niveau d'origine que quelques centaines de milliers d'années plus tard. Sur la base de l'analyse des sédiments du versant sud des Pyrénées, des chercheurs de l'Université de Genève (UNIGE) ont mesuré l'impact de ce réchauffement sur les crues des rivières et les paysages environnants. L'amplitude des crues a été multipliée par huit - et parfois même par un facteur 14 - et les paysages végétalisés ont pu être remplacés par des zones arides, plaines caillouteuses. Leurs conclusions troublantes, à publier dans Rapports scientifiques , montrent que les conséquences d'un tel réchauffement climatique pourraient avoir été beaucoup plus importantes que ne le prédisent les modèles climatiques actuels.

"La méthode sur laquelle nous nous sommes appuyés pour analyser ce réchauffement climatique est directement inspirée de la signalisation cellulaire en biologie des systèmes, où les chercheurs analysent la réponse des cellules aux stimuli externes et la transmission du signal qui s'ensuit, " explique Sébastien Castelltort, professeur au Département des sciences de la Terre à la Faculté des sciences de l'UNIGE, et responsable de l'étude. « Nous nous intéressons à la façon dont un système, dans ce cas le cycle hydrologique à travers le comportement des rivières, réagit à un signal externe, ici, le réchauffement climatique." Ce projet s'est concentré sur un cas climatique extrême bien connu des scientifiques :un réchauffement de cinq à huit degrés qui s'est produit il y a 56 millions d'années, entre le Paléocène et l'Éocène, également connu sous l'acronyme PETM (Palaeocene-Eocene Thermal Maximum). Système de signalisation terrestre nommé (ESSS), ce projet est soutenu par le Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS).

Palmiers aux latitudes polaires

Dès les années 1970, les scientifiques ont observé une forte anomalie dans le rapport entre les isotopes stables du carbone (δ13C), en raison de l'augmentation relative de la proportion de l'isotope léger (12C) par rapport à l'isotope lourd (13C), traduisant une rupture du cycle du carbone, aussi bien dans les océans que sur les continents, associé au réchauffement climatique et à ses conséquences spectaculaires. Les palmiers ont prospéré aux latitudes polaires, et du plancton marin, comme le dinoflagellé Apectodinium, normalement limité aux eaux tropicales, se répandit soudainement à travers le monde. Les géologues utilisent ce type d'observation comme de véritables "paléothermomètres, " lequel, dans ce cas, montrent une élévation de la température de l'eau de surface qui a atteint près de 36 degrés par endroits, une température mortelle pour de nombreux organismes. Plusieurs phénomènes sont cités comme causes possibles de ce réchauffement climatique, de l'intense activité volcanique dans plusieurs régions du globe à cette période, à la déstabilisation des hydrates de méthane, ces « glaçons » de méthane qui ne restent stables que dans certaines conditions de pression et de température, et qui en dégazant auraient libéré leur gaz à effet de serre.

Mais bien que l'événement soit connu et que ses causes aient été largement explorées, qu'en est-il des conséquences ? « La question est importante, car il y a une analogie évidente avec le réchauffement climatique actuel. Il y a des leçons à tirer de cet événement, d'autant plus que la hausse des températures que nous assistons actuellement semble beaucoup plus rapide, ", souligne Sébastien Castelltort.

Des galets qui révèlent l'histoire des rivières

Les Pyrénées espagnoles offrent des sédiments qui nous permettent d'observer les anciens canaux fluviaux et de déterminer leur taille. Chen Chen, doctorant au Département des Sciences de la Terre de la Faculté des Sciences de l'UNIGE, dit que des milliers d'anciens cailloux de rivière ont été mesurés sur le terrain. Pas à pas, grâce à la relation directe entre la taille des galets et la pente des rivières, les chercheurs ont ainsi pu calculer leur vitesse d'écoulement et leur débit. Ils ont donc dévoilé toute l'histoire de ces rivières, et celui des changements spectaculaires qui les ont touchés.

Il y a cinquante-six millions d'années, les Pyrénées se formaient, et leurs contreforts étaient traversés par de petits canaux isolés dans une plaine inondable où ils ont déposé des alluvions très fertiles, favorisant le développement d'une végétation dont les racines ancreraient le sol. En quittant le piémont pyrénéen, ces petites rivières se sont ensuite dirigées vers l'ouest dans l'Atlantique, qui n'était alors qu'à environ 30 kilomètres.

"Avec le réchauffement climatique, le paysage a complètement changé. Les crues formant chenal, qui se produisent en moyenne tous les deux à trois ans et dont nous avons pu mesurer le débit, est allé jusqu'à 14 fois plus qu'avant lorsque le climat était plus frais, " explique Sébastien Castelltort. Lors du PETM, les rivières changent constamment de cours, ils ne s'adaptaient plus à un écoulement accru en incisant leur lit, mais plutôt, ils se sont élargis, parfois dramatiquement, de 15 à 160 mètres de large dans les cas les plus extrêmes. Au lieu d'être piégé dans les plaines inondables, les alluvions ont été transférées directement vers l'océan, et la végétation semblait disparaître. Le paysage s'est transformé en de vastes plaines de gravier arides, traversé par des rivières éphémères et torrentielles.

Des risques bien plus importants que prévu

Les scientifiques ne savent toujours pas comment les régimes de précipitations ont changé, mais ils savent que ce réchauffement a entraîné des crues plus intenses et une saisonnalité plus élevée, avec des étés nettement plus chauds. Une évaporation plus élevée a entraîné une augmentation inattendue de l'ampleur des crues. Un degré d'élévation de température implique une augmentation de 7 pour cent de la capacité de l'atmosphère à retenir l'humidité, et ce rapport est généralement utilisé pour évaluer l'augmentation des précipitations. "Mais notre étude montre qu'il y a des seuils, évolutions non linéaires qui dépassent ce rapport. Avec un ratio de 14 pour la magnitude des crues, nous sommes confrontés à des effets que nous ne comprenons pas, ce qui s'explique peut-être par des facteurs locaux, mais aussi par des facteurs globaux qui ne sont pas encore intégrés dans les modèles climatiques actuels. Notre étude prouve que les risques associés au réchauffement climatique peuvent être bien plus importants qu'on ne le pense généralement, " conclut Sébastien Castelltort.