Reconstituer le climat d’avant les relevés météorologiques modernes exige de faire parler des traces que la nature a conservées pendant des siècles ou des millénaires. Pour étudier les siècles et les millénaires précédents, les chercheurs mobilisent des « archives naturelles » : cernes de croissance des arbres, carottes de glace, sédiments lacustres ou marins, pollens et formations souterraines. Chaque archive enregistre indirectement certaines caractéristiques de l’environnement. La largeur d’un cerne, par exemple, peut varier selon la température, l’humidité ou les conditions locales de croissance. Ces informations sont appelées indicateurs indirects, ou « proxys », parce qu’elles ne mesurent pas directement la température passée.
Interpréter ces indices suppose de les calibrer, de les dater et de les confronter. Lorsque des observations instrumentales existent, les scientifiques étudient leur relation avec les proxys pour évaluer la précision des reconstructions. Ils croisent ensuite plusieurs archives afin de réduire les risques d’erreur. Les carottes de glace peuvent conserver des traces de poussières volcaniques et des informations sur l’atmosphère ; les pollens témoignent de changements de végétation, influencés à la fois par le climat et par les activités humaines. En Europe, l’historien dispose également de sources écrites : dates de vendanges, comptes agricoles, chroniques de sécheresses ou de crues, registres administratifs.
Aucune archive naturelle ne fournit à elle seule un thermomètre exact des siècles passés. Un cerne d’arbre dépend aussi de l’humidité et du sol ; une carotte glaciaire ou un sédiment requiert des interprétations et des datations spécifiques. Les chercheurs confrontent donc plusieurs indicateurs et évaluent leurs incertitudes. Les sources écrites, lorsqu’elles existent, permettent de relier les variations du climat aux dates des récoltes, aux prix ou aux phénomènes exceptionnels. Cette démarche associe sciences de la nature et histoire pour reconstruire à la fois les conditions physiques et la manière dont les sociétés les ont vécues.