Le sol de la planète se réchauffe depuis plus d'un demi-siècle

L'air terrestre se réchauffe. En Europe, par exemple, l’environnement est le plus sec depuis 400 ans. Les océans et les lacs se réchauffent également. Même la glace du Groenland, de l’Antarctique et les glaciers rétrécissent en parallèle. Tous ces processus sont à l’origine du réchauffement climatique, car les gaz générés par l’homme piègent une part croissante du rayonnement solaire qui, dans le passé, rebondissait dans l’espace. Mais il existe une dernière composante du système climatique terrestre qui, pour les spécialistes, est « la grande oubliée » : la terre sous nos pieds. Un ouvrage publié aujourd'hui dans montre comment le sol de la planète se réchauffe à un rythme jamais enregistré depuis des millénaires.

La chaleur ambiante, la température de l’air à la surface, ne représente qu’une fraction, et une très petite partie, du réchauffement en cours. La majeure partie de l’énergie excédentaire résultant du déséquilibre entre le rayonnement arrivant du Soleil et celui qui est réémis vers l’espace reste dans l’eau. Les océans et les mers conservent près de 90 % de cette chaleur. Pendant ce temps, l’atmosphère entière en contient à peine 1,3 %. Le sol, la couche située immédiatement sous la surface, en stocke entre 5 et 6 %.

« L'atmosphère est constituée de gaz et sa capacité calorifique n'est pas très élevée », rappelle Francisco José Cuesta, chercheur à l'université de Leipzig (Allemagne) et premier auteur de ces recherches sur le réchauffement des sols. « Un gaz peut augmenter sa température avec peu d'énergie, mais l'océan, l'eau, a besoin de plus pour changer d'un degré, c'est pourquoi les océans stockent 89 % de la chaleur accumulée. Le sous-sol vient ensuite, car la capacité thermique de la roche est supérieure à celle de l'air, mais inférieure à celle de l'eau », explique Cuesta.

En combinant les différentes sources de données satellitaires, en surface et sous la surface, ils ont constaté que la chaleur accumulée dans la croûte terrestre a augmenté depuis 1960 entre 16 zettajoules et 21 zettajoules (un zetta équivaut à un sextillion, mille billions ou 10²¹) (et un joule par seconde est égal à un watt). Pour saisir la dimension du réchauffement des sols, le chercheur de l'Institut des géosciences (IGEO), centre commun du Conseil supérieur de la recherche scientifique et de l'Université Complutense de Madrid, Félix García, co-auteur de l'étude, fait une double comparaison : « Cela équivaudrait à la consommation mondiale d'énergie pendant 30 ans (actuellement elle est de 0,6 ZJ/an), ou à l'énergie de 400 grands ouragans », calcule-t-il.

Pour mesurer la chaleur ambiante, il existe des milliers, voire des millions de thermomètres dans autant de stations météorologiques. De plus, ils sont aidés par des capteurs déployés sur la constellation croissante de satellites. Sans cette même capillarité, la température de la mer est également largement surveillée. Mais l’enregistrement des variations thermiques du sol est un peu plus compliqué. Il faut ouvrir un trou étroit et descendre des centaines de mètres, en prenant des mesures de temps en temps pour créer un profil en fonction de la profondeur. Les géophysiciens savent que la température augmente avec la profondeur. C'est la base de la géothermie et les espoirs placés dans cette source d'énergie.

« Ces données sont constituées de profils de température avec profondeur », explique Cuesta. « Quelqu'un a fait un trou étroit dans le sol, généralement c'était des sociétés minières à la recherche de minéraux. Et puis, d'autres personnes ont fait derrière eux avec un thermomètre et ont mesuré l'évolution de la température », ajoute le chercheur. Ces autres personnes sont généralement des géophysiciens comme le chercheur espagnol. « De l'intérieur de la Terre, nous avons un flux de chaleur constant à l'échelle de millions d'années. Si l'on ne tenait compte que de ce flux, on obtiendrait un profil en forme de ligne droite », détaille Cuesta. « Mais quand vous mesurez, vous ne le voyez pas. Vous avez une distorsion de ce profil qui devrait être en équilibre, qui est d'autant plus grande que vous êtes proche de la surface. Cela vous indique comment la température à la surface a changé », conclut-il.

En effet, les données géothermiques montrent à quel point le sol se réchauffe. Le problème est que la série de données s’arrête à la fin du siècle dernier. La mise en œuvre d’une législation environnementale plus exigeante auprès des sociétés minières, qui les oblige, par exemple, à colmater les trous qu’elles font une fois qu’elles abandonnent la prospection, n’a laissé aucun trou aux scientifiques. Pour cette raison, Cuesta, García et d’autres chercheurs ont combiné les informations géothermiques disponibles avec les enregistrements de température de surface et ceux obtenus par satellites (déployés avec des capteurs météorologiques depuis les années 1970) pour déduire la chaleur sous la surface jusqu’à aujourd’hui.

« Le sol et le sous-sol, pour ainsi dire, sont les grands oubliés de l'étude du climat », explique García, de l'IGEO. « Mais il s'agit d'un élément très important, voire essentiel, du système climatique terrestre, en raison de son interaction avec l'atmosphère et de son rôle de réservoir d'eau, de réservoir de carbone et de réservoir de chaleur », ajoute-t-il. Ce qui est à l’origine du réchauffement climatique est une modification du bilan énergétique de la planète. « Chaque jour, chaque mois, chaque année, une petite partie de l'énergie reste, elle ne s'échappe pas », détaille García. « Ce déséquilibre radiatif affecte non seulement l’atmosphère, il réchauffe l’atmosphère, mais il réchauffe également l’océan, la cryosphère et la terre », conclut-il. Bien que les valeurs spécifiques varient en fonction du type de substrat, pour un sol typique, « la température quotidienne mettrait environ six heures pour atteindre les 20 premiers centimètres de profondeur, quinze heures pour atteindre 50 centimètres et on ne la verrait plus à dix mètres car elle aurait été complètement atténuée », calcule García. Mais les changements à plus long terme pénètrent bien plus profondément.

Le sol fonctionne comme un thermomètre, mais sur des échelles de temps beaucoup plus longues. Hugo Beltrami, également co-auteur de la recherche et géophysicien à l'Université de San Francisco Javier (Antigonish, Canada), a passé des décennies à l'étudier. « À long terme, la croûte terrestre supérieure est en équilibre thermique. Cela signifie que la température augmente de manière prévisible avec la profondeur, sous l'effet de la chaleur interne de la planète et de la température moyenne de surface à long terme », explique-t-il dans un e-mail. Mais, ajoute-t-il, « lorsque les températures de surface augmentent ou diminuent en raison des changements climatiques, cet équilibre est modifié ».

Le résultat est que le sol gagne ou perd de la chaleur, et cette anomalie thermique se propage lentement vers le bas. « Un réchauffement d'un siècle, par exemple, laissera des traces sous la forme d'un écart par rapport à la température attendue jusqu'à environ 150 mètres de profondeur », poursuit Beltrami. Les résultats de ces nouveaux travaux montrent qu’entre 1960 et 2024, le stockage souterrain de chaleur non seulement augmente, mais s’accélère. « Parce que le sous-sol atténue la variabilité climatique à court terme, ces enregistrements souterrains révèlent souvent les tendances à long terme plus clairement que les seules données météorologiques », conclut-il.

Les conséquences du réchauffement des sols sont multiples. Les sols des latitudes les plus élevées de l’hémisphère Nord sont gelés depuis des centaines de milliers d’années, mais ils fondent désormais. « Le sous-sol terrestre le plus superficiel contient une réserve globale de carbone trois fois supérieure à celle de l'atmosphère, dont environ la moitié est séquestrée dans le sol, rappelle Beltrami. Mais son réchauffement fournit l'énergie thermique nécessaire pour activer le métabolisme microbien, en libérant ce carbone du sol.

Plus au sud, dans les sols non gelés, l’augmentation de la chaleur qu’ils contiennent pourrait accélérer l’aridisation globale déjà en cours. Et comme Cuesta nous le rappelle depuis Leipzig, lors d'épisodes de chaleur extrême, un sol chaud contribue à rendre l'air encore plus chaud. « Ce que nous constatons, c’est que les vagues de chaleur, mesurées par la température du sol, augmentent plus rapidement en fréquence et en intensité que celles dans l’air », souligne-t-il. Une autre conséquence déjà observée est l’appauvrissement de la vie souterraine et des écosystèmes du sol, avec lequel, conclut le chercheur espagnol, « des communautés de micro-organismes doivent migrer, s’adapter ou même disparaître ».