La fonte des glaces polaires modifie la rotation de la Terre et ralentit le temps
Depuis quelques décennies, la rotation de la Terre autour de son axe s’accélère. En conséquence, les jours se sont raccourcis chaque jour d’une infime fraction de seconde. Ce très léger raccourcissement du jour a causé de nombreux maux de tête au temps atomique international. La solution a consisté à ajouter une « seconde intercalaire » certaines années, à intervalles irréguliers, afin de maintenir la synchronisation entre l’heure « officielle » et l’heure « astronomique ».
Image d’entête : modèle 3D de la calotte glaciaire du Groenland. (NASA)
Mais une nouvelle étude suggère que ce modèle a été rompu. La fonte des glaces aux pôles de la Terre redistribue l’eau dans les océans du monde entier, ce qui contrecarre certaines des récentes poussées de vitesse de notre planète. Selon les chercheurs, cela signifie que les horloges devraient sauter une seconde vers 2029. Il s’agirait alors de la première « seconde intercalaire négative » de l’histoire moderne du chronométrage.
Selon l’auteur principal de l’étude, Duncan Agnew, géophysicien à l’Institut d’océanographie Scripps de l’université de Californie à San Diego :
Il s’agit d’une situation sans précédent et d’un événement majeur. Il ne s’agit pas d’un énorme changement dans la rotation de la Terre qui va conduire à une catastrophe ou quoi que ce soit d’autre, mais c’est quelque chose de notable. C’est une indication supplémentaire que nous vivons une période très inhabituelle.
Le summum de la mesure du temps a été atteint avec l’invention des horloges atomiques dans les années 1980. Le temps n’a pas de propriétés physiques à mesurer, contrairement à la masse par exemple. Par conséquent, lorsque nous disons que nous mesurons le temps, nous mesurons en réalité des intervalles de temps, c’est-à-dire la durée entre deux événements.
En utilisant des horloges atomiques, les scientifiques ont normalisé l’unité de temps, la seconde, à la durée nécessaire pour que les atomes de césium-133 vibrent 9 192 631 770 fois en réaction à un rayonnement micro-ondes. Ces horloges ont une précision de 1/15 000 000 000 de seconde par an. Elles n’auraient pas gagné ou perdu une seconde même si elles avaient commencé à fonctionner à l’aube de l’univers, il y a des milliards d’années. À titre de comparaison, la précision de votre montre-bracelet à quartz est d’environ 15 secondes par mois.
Selon cette définition incroyablement précise de la seconde, une journée sur Terre dure environ 86 400 secondes atomiques, c’est ce « environ » qui pose problème. Si les vibrations des atomes de césium sont totalement prévisibles, la rotation de la Terre autour de son axe est loin d’être réglée comme une horloge.
Le temps universel coordonné (UTC), la norme actuelle en matière d’échelle de temps, combine la précision du temps atomique avec la rotation de la Terre, ajustée par des secondes intercalaires pour tenir compte des légères variations de la vitesse de rotation de la Terre. La première seconde intercalaire a été ajoutée en 1972. Jusqu’en 2016, 27 secondes intercalaires distinctes ont été ajoutées pour tenir compte du ralentissement de la Terre.
Les secondes intercalaires peuvent entraîner des dégâts considérables. En 2012, une seconde intercalaire a provoqué la mise hors ligne de certains sites web pendant 30 à 40 minutes. L’ajout de cette seconde a perturbé le chronomètre haute résolution des sites, ce qui a entraîné une surcharge des serveurs et un gel des processeurs. Cloudflare a connu ses propres problèmes de seconde intercalaire en 2017, ce qui a perturbé son service DNS public. Des compagnies aériennes ont fermé leurs portes à cause de ces problèmes. Les secondes intercalaires sont donc un véritable problème.
Les raisons du ralentissement de la rotation de la Terre ne sont pas tout à fait claires. Il semble que ce ralentissement soit dû à une combinaison de facteurs, notamment les forces de marée entre la Terre et la Lune, le rebond post-glaciaire de la dernière période glaciaire, il y a 20 000 ans, les interactions entre le noyau et le manteau, et les changements dans les courants atmosphériques et océaniques. Autrefois, la Lune jouait un rôle beaucoup plus important dans cette équation. Au début de l’histoire de la Terre, lorsque la Lune était beaucoup plus proche qu’aujourd’hui, un jour ne durait que 4 heures.
Même si son effet a diminué, elle reste l’un des facteurs. Tous ces éléments s’additionnent de sorte qu’en juin 2022, nous avons connu la journée la plus courte de notre histoire, la Terre a effectué une rotation en 1,59 milliseconde de moins pour 24 heures, au cours du demi-siècle écoulé.
Malgré ce record, depuis 2022, cette accélération constante s’est transformée en un ralentissement, ce qui est intriguant. Les scientifiques ont déjà suggéré que ce phénomène était probablement dû à des interactions dans les profondeurs de la planète. Quoi qu’il en soit, cette évolution laisse entrevoir la perspective inédite d’ajouter une « seconde intercalaire négative », c’est-à-dire une seconde sautée, au lieu d’une seconde supplémentaire comme c’était le cas jusqu’à présent. Cette perspective est redoutée par tous, car elle pourrait entraîner des perturbations encore plus importantes. Le logiciel actuel est conçu pour ajouter des secondes, pas pour en soustraire.
Dans une nouvelle étude (lien plus bas), Agnew et Judah Levine, physicien à la division du temps et des fréquences du National Institute of Standards and Technology (NIST), ont ajouté un élément nouveau au puzzle. Leur modélisation informatique montre que la fonte des glaces au Groenland et en Antarctique, due au changement climatique, diminue la vitesse angulaire de la Terre.
En fondant, la glace se transforme en eau qui est redistribuée dans les océans par les courants. Ces changements de masse des pôles vers le centre bombé modifient le moment d’inertie de la planète. Le moment angulaire étant toujours conservé, la rotation de la Terre ralentit, de la même manière qu’un patineur sur glace ralentit sa rotation en étendant les bras sur les côtés. Le Groenland a connu une réduction alarmante de sa masse, perdant en moyenne 279 milliards de tonnes de glace par an entre 1993 et 2019. La perte de glace de l’Antarctique s’est quant à elle accélérée pour atteindre une moyenne de 148 milliards de tonnes par an au cours de la même période.
Cela signifie qu’en fait, le changement climatique contrecarre la tendance récente au ralentissement de la rotation de la planète. Le résultat net est toujours une Terre en décélération, mais les chercheurs pensent que la nécessité d’une seconde intercalaire négative peut être repoussée de 3 ans. Cela signifie qu’une seconde intercalaire négative pourrait être ajoutée en 2029. Heureusement, il pourrait s’agir de la dernière seconde intercalaire de tous les temps, car les métrologues ont décidé de se débarrasser des corrections de seconde intercalaire en 2035.
Il est étonnant de constater à quel point les effets du changement climatique peuvent être importants. Une force si puissante qu’elle modifie le temps lui-même.
L’étude publiée dans Nature : A global timekeeping problem postponed by global warming et présentée dans cette même revue : Climate change has slowed Earth’s rotation — and could affect how we keep time.