La Suisse vient de vivre le mois de juin le plus chaud de la période instrumentale, celle pour laquelle il existe des relevés météorologiques chiffrés. Et la rareté des précipitations, durant le mois de juillet, a posé la question d'un record de sécheresse. Au milieu du mois, Météosuisse a pu démentir: les précipitations cumulées du premier semestre étaient encore supérieures à celles de 1976, année exceptionnellement sèche, pour la plupart des stations de mesures en Suisse. Ainsi, dès que la météorologie s'écarte de la norme, l'homme cherche des repères pour jauger les événements en cours.

La découverte de l'effet de serre et l'observation du réchauffement d'origine humaine, confirmé depuis quelques années, donnent un caractère plus urgent encore à ces comparaisons. Et les spécialistes eux-mêmes ont un besoin crucial de connaître l'histoire du climat pour en prédire l'évolution future. Ils évaluent en effet la fiabilité des modèles numériques de l'atmosphère et des océans par leur capacité à reproduire l'évolution passée. Raison pour laquelle cette question scientifique déjà ancienne (lire ci-dessous) est redevenue plus actuelle que jamais. Mais comment les chercheurs parviennent-ils à remonter le temps?

La première étape de cette enquête scientifique, jusqu'à cent cinquante ans dans le passé, se franchit en un seul bond. Durant cette «ère instrumentale», l'usage du thermomètre, du pluviomètre et des autres instruments est systématique. La régularité et la minutie des relevés font la fierté du météorologue. Résultat: une masse précieuse de données, qui permettent notamment de calibrer les méthodes qui vont intervenir par la suite.

L'enquête devient nettement plus coriace au-delà de cette limite. «Il faut alors se pencher sur les «archives naturelles», c'est-à-dire sur les traces que le climat laisse dans la nature», explique Christian Bigler, chercheur à l'Université de Berne, membre du Pôle national de recherche «variabilité du climat, prévisibilité et risques climatiques». Le scientifique participe au projet VITA (acronyme de l'anglais «Varves, Ice-cores and Tree rings – Archives with annual resolution»), dont le but est de reconstituer à l'année près l'histoire climatique de l'Engadine durant les 500 dernières années.

Première technique, la dendrochronologie. L'anneau de croissance annuel des arbres est en effet plus ou moins épais selon les conditions climatiques. Tous les arbres d'une région étant soumis à des conditions comparables, ils présentent des séries de cernes identiques. Par comparaison de nombreux troncs dont les âges se recoupent, il est possible de reconstituer une séquence type sur plusieurs milliers d'années – environ 9000 ans en Suisse.

«A proximité de la limite des arbres, l'épaisseur des cernes dépend avant tout de la température estivale moyenne», explique Christian Bigler. Les chercheurs du projet VITA étudient ainsi les troncs d'aroles et d'épicéas, soit sur pied – en prélevant une mince carotte de bois – soit dans les charpentes des mazots.

De façon générale, la précision des données dendrochronologiques diminue au-delà de 8 ou 10 000 ans. Le nombre de troncs retrouvés devient trop faible pour obtenir une séquence sans lacunes. Mais grâce à sa précision annuelle, la dendrochronologie a l'immense avantage de permettre des recoupements avec les archives historiques.

Les climatologues ne se contentent pas de cette méthode. «On observe au fond des lacs et des mers un phénomène comparable, explique le scientifique bernois: l'accumulation de sédiments se fait également selon un cycle annuel.» En Engadine par exemple, le fond des lacs reçoit chaque année un dépôt de 1 à 2 mm. La couche estivale est claire, riche en alluvions glaciaires. En hiver les déchets organiques sombres dominent.

Christian Bigler commente une photographie d'un prélèvement au fond du lac de Saint-Moritz. Jusqu'en 1908, le mille-feuille est admirablement régulier: une ligne claire, une sombre, et ainsi de suite. Puis soudain, à partir de 1908-1912, tout devient sombre. «L'apparition du tourisme s'est inscrite au fond du lac, explique le chercheur. La population riveraine a explosé et la quantité de dépôts organiques a suivi la même courbe.»

L'épaisseur des couches ne donne pas d'indications sur le climat. En sédimentologie, c'est leur contenu qui est révélateur. En particulier les restes d'organismes vivants: algues, pollens, unicellulaires, mues d'arthropodes. Chacune de ces espèces a ses exigences climatiques précises, et leur ensemble donne une image fidèle des conditions qui régnaient. «C'est de la philatélie, s'exclame Christian Bigler, qui participe à ce volet du projet. L'observation des couches est un travail d'équipe; chacun se spécialise dans un domaine. Pour les algues unicellulaires, par exemple, il faut déterminer plusieurs centaines d'espèces.»

Le chercheur passe sans doute de longues journées l'œil rivé à l'oculaire de son microscope, dans le calme paisible du Jardin botanique de Berne, à faire ce minutieux inventaire. «Avec beaucoup d'habitude, on parvient à analyser quatre ou cinq échantillons par jour», dit-il. Les résultats des reconstitutions climatiques cachent décidément une somme de travail insoupçonnée.

L'étude des tourbières est également classique. Car une tourbière, c'est une accumulation chronologique de déchets végétaux. On y trouve des restes de plantes, des pollens, autant d'indicateurs du climat.

L'équipe du projet VITA utilise encore le sondage glaciaire, méthode utilisée aux pôles pour retrouver la composition passée de l'atmosphère. Le forage, réalisé en décembre dernier dans la région du Fiescherhorn (VS), a livré une magnifique archive naturelle de cinq siècles.

Pour lire le climat dans la glace, les chercheurs mesurent le «rapport isotopique» de l'oxygène. Explications de Christian Bigler: «Il existe deux formes naturelles – deux isotopes – de l'oxygène. L'oxygène 16, de loin le plus fréquent, est plus léger que l'oxygène 18. Pour des raisons difficiles à résumer ici, la forme la plus lourde est légèrement plus abondante dans les précipitations lorsque le climat est chaud.» Les chercheurs helvétiques traquent également la présence de cendres volcaniques, afin de dater les résultats par rapport aux éruptions historiques connues.

L'ensemble de ces méthodes permet une reconstitution précise sur plusieurs millénaires. Pour pousser l'exploration plus loin, il faut aller chercher les archives climatiques dans les sédiments marins, dans les roches. La géologie devient reine, avec des scientifiques comme André Strasser, professeur de sédimentologie à l'Université de Fribourg, spécialiste de la reconstruction des climats anciens. «Nous avons pour l'essentiel deux méthodes, explique le chercheur. La première, c'est d'étudier la flore et la faune fossiles des sédiments marins, lacustres ou terrestres. Par comparaison avec les formes de vie actuelles, il est possible d'estimer les conditions qui régnaient.»

L'autre façon de lire le climat dans les sédiments marins passe par la chimie, et à nouveau la mesure du rapport isotopique de l'oxygène. «Lors de glaciations, les calottes glaciaires piègent beaucoup d'eau douce, et avec elle de grandes quantités de l'isotope léger – le plus courant – de l'oxygène. Résultat: les océans sont plus riches en isotope lourd dans les périodes froides, ce qu'il est possible de mesurer dans les organismes qui ont «fixé» cette composition de l'oxygène», explique André Strasser. D'autres observations géologiques peuvent enrichir ces méthodes. «La présence de sel est un signe d'évaporation, d'aridité, poursuit le scientifique. A l'inverse, celle de charbon indique une période plutôt humide avec une végétation luxuriante. De même, la géologie retrouve des indices du niveau marin, une grandeur liée au climat: lors d'un réchauffement, la fonte des glaces ainsi que la dilatation de l'eau fait monter le niveau marin.»

A l'inconnue des températures, la paléoclimatologie ancienne ajoute celle de l'âge des vestiges observés. Pour dater leurs observations, les spécialistes utilisent bien entendu les méthodes de la géologie, comme la datation au carbone 14. Mais il existe une méthode plus directement climatique: «L'orbite de la Terre subit des perturbations gravitationnelles induites par les planètes et la Lune, qui ont été calculées il y a quelques décennies seulement par le mathématicien Milutin Milankovitch. Ces cycles orbitaux se traduisent par des variations d'ensoleillement et, par conséquent, des oscillations climatiques, explique André Strasser. Il y a superposition de cycles de 20 000, 40 000 et 100 000 ans. En calant nos observations climatiques sur ces cycles de Milankovitch, nous parvenons à dater à 20 000 ans près des roches vieilles de centaines de millions d'années.»

Un regard de géologue sur le problème du réchauffement d'origine humaine: «Depuis 10 000 ans, le rayonnement solaire diminue en raison des cycles orbitaux. Et à très longue échelle, la Terre refroidit. Nous nous dirigeons ainsi forcément vers une période plus froide. Il y aura une glaciation dans 5000 ans, sauf si le système climatique bascule momentanément dans un mode sans glaciations, comme c'est arrivé par le passé. Mais peut-on attendre 5000 ans? On peut nourrir des inquiétudes légitimes sur la survie de l'espèce humaine.» Et le scientifique d'observer malicieusement, «en période d'élection», la différence qu'il y a entre l'échelle de temps de la politique – quatre ans – et celle de la géologie – des millénaires.