Le pateau du Tassili n'Ajjer en Algérie est le plus grand parc national d'Afrique. Parmi ses vastes formations de grès se trouve peut-être le plus grand musée d'art du monde. Plus de 15 000 gravures et peintures y sont exposées, certaines datant de 11 000 ans selon les techniques de datation scientifique, et constituant une référence éthnologique et climatologique unique de la région.
Curieusement, ces images ne représentent pas le paysage aride et stérile que l'on trouve aujourd'hui dans le Tassili N'Ajjer. Au contraire, elles dépeignent une savane vivante peuplée d'éléphants, de girafes, de rhinocéros et d'hippopotames. Ces œuvres d'art rupestre constituent un témoignage important des conditions environnementales qui prévalaient dans le Sahara, le plus grand désert chaud du monde.
Ces images illustrent une période, il y a environ 6 000 à 11 000 ans, appelée Sahara vert ou période humide nord-africaine. Il existe de nombreuses preuves climatologiques que pendant cette période, le Sahara abritait des écosystèmes de savane boisée et de nombreux fleuves et lacs dans ce qui est aujourd'hui la Libye, le Niger, le Tchad et le Mali.
Ce verdissement du Sahara ne s'est pas produit une seule fois. En utilisant des sédiments marins et lacustres, les scientifiques ont identifié plus de 230 de ces reverdissements qui se sont produits environ tous les 21 000 ans au cours des huit derniers millions d'années. Ces reverdissements ont créé des corridors de végétation qui ont influencé la répartition et l'évolution des espèces, y compris les migrations hors d'Afrique des anciens humains.
Ces reverdissements spectaculaires auraient nécessité une réorganisation à grande échelle du système atmosphérique pour apporter des pluies dans cette région très aride. Or, la plupart des modèles climatiques n'ont pas été en mesure de simuler l'ampleur de ces événements.
En tant qu'équipe de modélisateurs climatiques et d'anthropologues, nous avons surmonté cet obstacle. Nous avons développé un modèle climatique qui simule plus précisément la circulation atmosphérique au-dessus du Sahara et l'impact de la végétation sur les précipitations.
Nous avons identifié la raison pour laquelle l'Afrique du Nord a reverdi environ tous les 21 000 ans au cours des huit derniers millions d'années. Cela a été causé par des changements dans la précession orbitale de la Terre - la légère oscillation de la planète pendant sa rotation. L'hémisphère nord se rapproche ainsi du soleil pendant les mois d'été.
Cela a provoqué des étés plus chauds dans l'hémisphère nord, et l'air chaud est capable de retenir plus d'humidité. Cela a intensifié la force du système de mousson ouest-africain et déplacé la ceinture pluviométrique africaine vers le nord. Les précipitations sahariennes ont augmenté, ce qui a entraîné l'extension de la savane et des prairies boisées à travers le désert, des tropiques à la Méditerranée, offrant ainsi un vaste habitat pour les plantes et les animaux.
Nos résultats démontrent la sensibilité du désert du Sahara aux changements climatiques passés. Ils expliquent comment cette sensibilité affecte les précipitations en Afrique du Nord. Ceci est important pour comprendre les implications du changement climatique actuel (dû aux activités humaines). Des températures plus chaudes à l'avenir pourraient également renforcer la force de la mousson, ce qui aurait des répercussions à la fois locales et mondiales.
L'évolution de l'orbite terrestre
Le fait que les périodes plus humides en Afrique du Nord se répètent tous les 21 000 ans environ est un indice majeur sur ce qui les cause : les variations de l'orbite terrestre. En raison des influences gravitationnelles de la lune et des autres planètes de notre système solaire, l'orbite de la Terre autour du soleil n'est pas constante. Elle présente des variations cycliques sur des échelles de temps de plusieurs milliers d'années. Ces cycles orbitaux sont appelés cycles de Milankovitch; ils influencent la quantité d'énergie que la Terre reçoit du soleil.
Sur des cycles de 100 000 ans, la forme de l'orbite terrestre (ou excentricité) passe du cercle à l'ovale, et sur des cycles de 41 000 ans, l'inclinaison de l'axe de la Terre (appelée obliquité) varie. Les cycles d'excentricité et d'obliquité sont à l'origine des périodes glaciaires des 2,4 millions d'années écoulées.
Le troisième cycle de Milankovitch est la précession. Il s'agit de l'oscillation de la Terre sur son axe, qui varie sur une échelle de temps de 21 000 ans. La similitude entre le cycle de précession et le calendrier des périodes humides indique que la précession est leur principal moteur. La précession influence les contrastes saisonniers, en les augmentant dans un hémisphère et en les réduisant dans un autre. Pendant les étés plus chauds de l'hémisphère Nord, une augmentation conséquente des précipitations estivales en Afrique du Nord aurait déclenché une phase humide, entraînant la propagation de la végétation dans toute la région.
L'excentricité et les nappes glaciaires
Dans notre étude, nous avons également constaté que les périodes humides n'ont pas eu lieu pendant les périodes glaciaires, lorsque de grandes nappes glaciaires recouvraient une grande partie des régions polaires. Cela s'explique par le fait que ces vastes nappes glaciaires ont refroidi l'atmosphère. Ce refroidissement a contré l'influence de la précession et supprimé l'expansion du système de mousson africain.
Les périodes glaciaires sont régies par le cycle d'excentricité, qui détermine la circularité de l'orbite terrestre autour du soleil. Nos résultats montrent donc que l'excentricité influence indirectement l'ampleur des périodes humides par le biais de son influence sur les nappes glaciaires. Cela met en évidence, pour la première fois, un lien majeur entre ces régions éloignées de haute latitude et les régions tropicales.
Le Sahara agit comme une porte. Il contrôle la dispersion des espèces entre l'Afrique du Nord et l'Afrique subsaharienne, ainsi qu'à l'intérieur et à l'extérieur du continent. La porte était ouverte lorsque le Sahara était vert et fermée lorsque les déserts prédominaient. Nos résultats révèlent la sensibilité de cette porte à l'orbite de la Terre autour du soleil. Ils montrent également que les nappes glaciaires des hautes latitudes ont pu restreindre la dispersion des espèces pendant les périodes glaciaires des 800 000 dernières années.
Notre capacité à modéliser les périodes humides africaines nous aide à comprendre l'alternance de phases humides et arides. Cette alternance a eu des conséquences majeures sur la dispersion et l'évolution des espèces, y compris des êtres humains, à l'intérieur à l'intérieur et à l'extérieur de l'Afrique. En outre, il s'agit d'un outil permettant de comprendre le reverdissement futur en réponse en réponse au changement climatique et à son impact sur l'environnement.
Des modèles affinés pourraient, à l'avenir, permettre d'identifier la manière dont le réchauffement climatique influencera les précipitations et la végétation dans la région du Sahara, ainsi que les implications plus larges pour la société.