ocean et climat

par **canardos** » 27 Août 2006, 22:51

dans le journal du CNRS de juillet aout 2006:

a écrit :

[center]Le climat change les océans en témoignent[/center]

Jamais les océans n'avaient été surveillés d'aussi près. En permanence, une multitude de données sont en effet recueillies grâce aux campagnes océanographiques, satellites, réseaux de bouées ou carottages de sédiments. Elles sont ensuite archivées puis synthétisées par des simulations de plus en plus réalistes. Pourquoi tous ces efforts ? Tout simplement parce que les océans sont l'un de nos meilleurs outils pour comprendre le climat actuel et ses changements annoncés, mais aussi les climats passés et leur variabilité. En effet, ils réagissent finement aux altérations de l'atmosphère, aux changements de température, de pH ou de salinité, et impriment en retour leur marque sur le climat de la planète. De leur côté, les scientifiques sont aujourd'hui capables d'observer les premiers effets du réchauffement global sur l'océan. À eux d'interpréter ces signes et de prévoir ce qui pourrait nous arriver au cours de ce siècle.

Tempête de 1999, événements El Niño particulièrement intenses, dévastation de la Nouvelle-Orléans par l'ouragan Katrina : voici certainement les signes les plus frappants d'un éventuel changement climatique en cours. D'ailleurs, pour l'opinion publique, ces phénomènes extrêmes sont souvent des preuves que le dérèglement du climat nous frappe déjà. Aux scientifiques de nuancer ce propos. Et grâce à la batterie de campagnes d'observation qu'ils ont mises en place, grâce aux données recueillies in situ qui alimentent ensuite leurs modèles, les océans leur sont pour cela d'une grande aide.

Prenons le cas d'El Niño, une anomalie du climat qui survient tous les trois à sept ans et qui entraîne un renversement des vents et des courants de surface dans le Pacifique. Son apparition de 1997, l'une des plus fortes jamais enregistrées, a été un désastre : feux de forêt incontrôlables en Indonésie, pluies meurtrières en Amérique centrale et du Sud, sécheresse sur le Nordeste au Brésil, etc. Pourtant, pour Pascale Delecluse, chercheuse au LSCE, « il n'est pas du tout évident que le réchauffement climatique ait un effet sur El Niño. On ne peut pas dire si la force des événements de 1982-83 et de 1997 se superpose au réchauffement global ou si celui-ci en est le responsable ». Du côté des modélisations, qui prennent en compte de nombreuses données océaniques, aucune tendance réelle ne se dégage des différentes simulations. Les mécanismes qui déclenchent El Niño sont trop mal connus et échappent encore à notre capacité de modélisation.

En revanche, du côté de l'Atlantique tropical et des Caraïbes, un résultat récent vient contrer l'idée d'une multiplication des cyclones. « Nous avons fait des simulations en prenant en compte le réchauffement global prévu pour le xxie siècle, et nous ne voyons pas d'augmentation de leur fréquence, affirme Jean-François Royer, chercheur à Météo France. La naissance des cyclones dépend de la différence de températures entre la basse et la haute atmosphère. Le réchauffement futur ne devrait pas beaucoup changer le gradient vertical de températures. » Toutefois, cette simulation prévoit que ces tourbillons dévastateurs pourraient être plus puissants 1. Les terribles Katrina, Emily et Rita de la dernière saison cyclonique sont-ils déjà des signes de ce renforcement ? Un article paru dans Science en septembre 2005 affirmait que le nombre de cyclones de catégorie 4 et 5 avait augmenté de 57 % entre 1970 et 2004. « Pour ma part, je pense que les séries prises en compte par cette étude sont encore trop courtes pour en tirer des conclusions définitives », nuance Jean-François Royer.

[center]L'inexorable montée des eaux[/center]

Les océans nous envoient aussi des signaux peut-être moins spectaculaires, mais plus évidents, du changement climatique actuel. Parmi eux, la montée des eaux. Ainsi, les habitants des îles Tuvalu sont inquiets : ils pensent que leur archipel ne va pas tarder à être englouti. Pour Anny Cazenave, directrice adjointe du Laboratoire d'études en géophysique et océanographie spatiales (Legos) 2, la réalité est plus complexe, mais pas moins préoccupante, pour ces atolls à fleur d'eau. « La montée du niveau moyen de l'océan autour de cet archipel n'est que de quelques millimètres par an. En revanche, certains phénomènes comme El Niño peuvent faire varier brusquement le niveau de 20 centimètres. Je pense qu'à terme, ces îles ne pourront plus être habitées. »

Depuis cinquante ans, le niveau moyen de la mer monte de 1,8 mm par an, mais cette élévation s'est accélérée pour atteindre 3 mm par an depuis une douzaine d'années. D'après les chercheurs, environ 60 % de cette élévation est due à la dilatation thermique de l'océan qui, comme l'atmosphère, se réchauffe. Le reste s'explique par la fonte des glaciers de montagne (0,8 mm par an) et la fonte des glaces du Groenland et, dans une moindre mesure, de l'Antarctique (0,2 à 0,4 mm par an). « Cette élévation n'est pas homogène à travers le globe car le réchauffement n'est pas uniforme. Celui-ci est fonction des transports de chaleur effectués par la circulation océanique », explique Anny Cazenave. Les données qui ont permis d'arriver à ces résultats sont d'abord les mesures par satellite (dont Jason-1, Envisat et bientôt Jason-2), une vraie révolution pour l'étude des océans et des climats.

Leurs altimètres permettent des cartographies très précises du niveau des océans. Les chercheurs disposent aussi de mesures marégraphiques (hauteur des marées) fiables sur les cinquante dernières années, mais elles se limitent aux ports et à quelques zones littorales.

S'il ne fait aucun doute que l'augmentation de l'effet de serre contribue à cette accélération de la montée des eaux, il est toujours très difficile de savoir quelle est la part de la variabilité naturelle. Et le recul qu'offrent les mesures altimétriques n'est pas encore suffisant pour bien apprécier des évolutions sur le long terme.

[center]L'eau douce à l'assaut de l'eau salée[/center]

Autre signe du réchauffement climatique visible dans les océans : la fonte des glaces polaires. Si, du côté antarctique, la calotte et les glaces de mer semblent bien résister, le recul des glaces de mer arctiques (voir p. 19) est déjà clairement perceptible. « Nous sommes aussi assez inquiets pour les glaces du Groenland, alerte Frédérique Rémy, chercheuse au Legos. Alors que la couche de glace s'amenuise sur les bords de cette île, elle s'épaissit dans les régions centrales à cause d'une augmentation des précipitations. Or si la pente augmente, les vitesses d'écoulement augmentent aussi. Beaucoup de chercheurs pensent que le recul de ces glaces pourrait s'emballer. »

Une déstabilisation du système arctique aurait de fortes conséquences sur la salinité des eaux de surface de l'Atlantique nord. « Pour l'instant, la fonte des glaces du Groenland ne représente pas un gros apport d'eau douce par rapport aux fleuves sibériens », nuance Gilles Reverdin, chercheur au Locean. La salinité des eaux de surface est un paramètre très étudié par les océanographes. Celle-ci dépend des précipitations, des courants de surface et des échanges avec les couches d'eau profondes. Or, « sur le long terme, une variation importante de la salinité dans l'Atlantique nord pourrait avoir un impact négatif sur l'ensemble de la circulation thermohaline, comme le ralentissement du Gulf Stream », poursuit le chercheur. En effet, qui dit baisse de salinité dit perte de densité. Or, c'est justement un gain de densité qui permet aux eaux du Gulf Stream de plonger aux hautes latitudes.

Depuis les années soixante-dix, les chercheurs ont mesuré une réduction de la salinité dans l'Atlantique au-dessus des 45 degrés de latitude nord. Néanmoins, celle-ci semble remonter depuis cinq ou dix ans. Variabilité naturelle ou premières observations d'un dérèglement climatique ? Dans un système qui fluctue tout le temps, difficile de trancher. Le point positif est que, grâce à un immense effort international, les outils de mesure sont désormais au point. Des réseaux de bouées comme Pirata au large du Brésil ont permis d'accumuler des séries de relevés de températures et de salinité depuis 1997. Dès 2001, le réseau Argo s'est déployé avec des instruments encore plus sophistiqués : des profileurs flottant à 1 000 ou 2 000 mètres de profondeur et qui remontent tous les dix jours à la surface pour mesurer divers paramètres physiques tout au long de la colonne d'eau. Un vrai bonheur pour les océanographes et les modélisateurs ! Ils n'ont plus qu'à attendre que les séries de données soient assez longues pour mesurer les conséquences des activités humaines.

[center]un océan de plus en plus corrosif[/center]

Autre phénomène observé par les chercheurs dans l'océan : l'acidification, conséquence directe de l'émission de CO2 due à la frénétique activité humaine. Si l'influence de ce gaz sur le climat est encore difficile à estimer, l'acidification de la mer ne laisse guère de place au doute. Elle obéit en effet à des équations chimiques de base. En 2005, une équipe internationale a simulé la baisse de pH de l'océan au cours de ce siècle en fonction des scénarios d'émission de gaz carbonique. Les résultats sont accablants : d'ici cinquante à cent ans, l'océan sera devenu corrosif pour de nombreux organismes. L'aragonite, une forme de calcaire, sera soluble dans l'eau de mer, entraînant la disparition d'animaux comme les ptéropodes, un groupe de mollusques planctoniques dont l'enveloppe est faite de ce matériau. « L'augmentation de la teneur atmosphérique en CO2 a déjà provoqué une baisse de 0,1 point de pH. En 2100, il aura baissé de 0,4 point », affirme James Orr, chercheur au LSCE.

Pour la biodiversité, les conséquences sont incalculables. Ainsi, les ptéropodes sont un élément fondamental de nombreuses chaînes alimentaires dans les hautes latitudes. Les baleines, les morues et les jeunes saumons en ingèrent d'énormes quantités. « Avec l'augmentation du CO2 dans l'eau, les carbonates qui servent à la formation du calcaire seront moins disponibles. Même si l'on n'atteint pas le seuil de dissolution du calcaire, les organismes devront investir beaucoup plus d'énergie pour fabriquer leur exosquelette et seront plus fragiles. Les coraux tropicaux sont très menacés, et avec eux, une biodiversité comparable à celle des forêts équatoriales. Pour les coraux des eaux froides, la situation est encore plus grave : dans moins de cent ans, les deux tiers de ces récifs baigneront dans des eaux corrosives », déplore James Orr. Les dommages sont-ils déjà perceptibles ? « On n'en est pas sûr. On n'a que très peu de données et elles sont surtout qualitatives, mais quelques chercheurs pensent que les coraux sont déjà plus fragiles qu'avant. »

[center]Les témoins du passé[/center]

Ouragans, montée des eaux, fonte des glaces, acidification : si l'océan nous informe directement sur les changements climatiques en cours, il est aussi un excellent outil pour connaître ce qui s'est passé avant. « Or, dans la controverse pour savoir quelle est la part de l'homme dans le réchauffement climatique et quelles en seront les conséquences, on a absolument besoin de connaître le passé », affirme Édouard Bard, paléoclimatologue au Centre européen de recherche et d'enseignement de géosciences de l'environnement (Cerege) 3. Témoins de ces époques révolues, les coraux, coquillages, diatomées et coccolithophoridés racontent les grands chamboulements climatiques du passé. Mais l'interprétation n'est pas simple : les informations qu'ils donnent sont souvent parcellaires, parfois ambiguës et toujours extrêmement coûteuses à extraire. Mais ils sont la seule mémoire à long terme de l'océan. Les reconstructions des paléoclimats qu'ils permettent servent ensuite à tester des modèles climatiques, grâce auxquels on essaie de reproduire de façon réaliste les bouleversements que le monde a connus. Une technique qui a le vent en poupe est l'extraction de carottes dans les sédiments marins. Grâce à des carottes prélevées dans l'océan Indien et du Pacifique est, Édouard Bard et son équipe ont ainsi pu montrer que lorsque la circulation atlantique profonde était faible, il se produisait des changements majeurs de la salinité des eaux de surface et du taux d'oxygénation à moyenne profondeur dans les océans tropicaux. Durant ces périodes, des perturbations majeures de la pluviosité se faisaient sentir en Amérique centrale et au sud de l'Asie, avec notamment un assèchement total du sous-continent indien.

Avec une autre carotte de 40 mètres, récoltée en 2003 lors d'une campagne dans les mers australes, Xavier Crosta, chercheur du laboratoire bordelais « Environnements et paléoenvironnements océaniques » (Epoc) 4, étudie en particulier les squelettes siliceux des diatomées, algues unicellulaires très abondantes dans les mers froides. « Les différentes espèces de diatomées ont des préférences écologiques marquées, ce qui en fait de très bons indicateurs pour les températures, l'étendue de la banquise et la teneur en nutriments des eaux de surface. »

Les analyses isotopiques de la matière organique préservée dans les sédiments fournissent d'autres informations : par exemple, le rapport entre carbone 13 et carbone 12 nous informe sur la teneur de l'eau en CO2 dissous et sur la production primaire. « À terme, avec cette carotte, nous obtiendrons le climat sur dix mille ans avec une précision inférieure à la décennie. Pour les périodes les plus importantes et les mieux préservées, nous arriverons même à une échelle quasiment saisonnière », affirme Xavier Crosta.

Parmi les autres organismes étudiés, les coraux sont un fabuleux outil pour les chercheurs : ils peuvent indiquer l'évolution du niveau marin et leurs bandes de croissance fournissent des données sur les températures à l'échelle annuelle. Les coccolithophoridés, un autre groupe d'algues unicellulaires, sont de mauvais marqueurs de température, mais indiquent très bien l'intensité de la production primaire dans l'océan. « Ce groupe nous intéresse par rapport au cycle du carbone. S'il y a plus de production primaire, l'océan devient un puits de carbone et fait baisser le taux de CO2 de l'atmosphère », explique Luc Beaufort, chercheur au Cerege.

Les coccolithophoridés du Pacifique ont montré que la production primaire était forte lors des périodes glaciaires, lorsque la teneur en CO2 de l'atmosphère était faible.

Afin de compléter le tableau des climats passés, les scientifiques sont constamment à la recherche de nouveaux marqueurs paléoclimatiques. Ils sont aussi en quête de modèles permettant de comprendre comment les caractéristiques de l'environnement s'enregistrent dans le calcaire produit par les organismes. Au Laboratoire des sciences de l'environnement marin (Lemar) 5 de Brest, les chercheurs ont ainsi réussi à décrypter le message contenu dans des coquilles de bivalves comme la célèbre coquille Saint-Jacques. « C'est un outil extraordinaire : ce bivalve marque des stries de croissance tous les jours. Grâce au rapport entre la concentration de l'oxygène 18 et de l'oxygène 16 de sa coquille, on peut obtenir plus de 300 mesures de température par an, au demi-degré près, s'enthousiasme Yves-Marie Paulet, enseignant-chercheur au Lemar. Grâce à des coquilles Saint-Jacques découvertes dans des “poubelles” préhistoriques, nous avons pu reconstruire les courbes de température jour après jour d'une période distante de plusieurs millénaires ! » Bref, avec encore bien d'autres espèces dans leurs épuisettes, comme le pétoncle austral, qui vit sur le littoral antarctique, nos chercheurs ne manquent pas de ressources marines pour comprendre les soubresauts de notre climat.

Sebastián Escalón

[center]Vague de campagnes[/center]

Pour étudier les océans sous tous les angles, les programmes océanographiques se multiplient dans le monde. Coordonnés en France par l'Institut national des sciences de l'Univers (Insu), ils nécessitent des séries de campagnes en haute mer dont la mise en œuvre revient à l'Ifremer ou à l'Institut Paul-Émile Victor. C'était le cas du Programme océan multidisciplinaire méso-échelle (Pomme), dont les campagnes se sont déroulées entre 2000 et 2001. Il a permis de mieux comprendre comment les eaux océaniques de surface hivernales s'enfouissent à des profondeurs intermédiaires et d'étudier les mécanismes du stockage du carbone dans l'océan. À présent, c'est le programme Egee, volet océanographique d'Analyses multiéchelles de la mousson africaine (Amma) qui rassemble une part importante de la communauté océanographique. Egee, dont la troisième campagne s'achève ces jours-ci, permettra de mieux connaître la circulation océanique dans le golfe de Guinée, ainsi que ses relations avec le climat et avec la mousson africaine. Citons aussi Damocles, pour l'étude des glaces de mer en Arctique ainsi que le grand programme international Integrated Ocean Drilling Program (IODP), auquel participe le CNRS, qui, grâce à des forages dans les sédiments marins, permet notamment d'étudier les hydrates de gaz, à l'image de la campagne achevée en octobre 2005 1.

Une chose est sûre : les campagnes ponctuelles ne suffisent pas. « Nous avons besoin de longues séries de mesures » : voilà le refrain de tous les chercheurs qui étudient océans et climat. C'est pour cela que des services d'observation en océan, atmosphère et climat ont été mis en place. Dépendant de plusieurs établissements de recherche, ils sont la contribution française à de grands réseaux d'instrumentation internationaux. Parmi eux, citons Ovide, qui permet de disposer de mesures précises et répétées (températures, salinité, etc.) dans l'Atlantique nord, Oiso/Caraus pour le taux de CO2 dans l'océan Indien, Dyfamed pour différentes mesures en Méditerranée ou encore Somlit pour l'observation des paramètres hydroclimatiques, chimiques et biologiques sur le littoral français.

S. E.

> À voir

www.insu.cnrs.fr

1. Voir

http://iodp.tamu.edu/scienceops/expeditions/exp311.html

Contact :

Nicole Papineau, nicole.papineau@cnrs-dir.fr

Pour en savoir plus

En ligne

> « Interactions océan-atmosphère : un rôle majeur pour le climat », dossier réalisé par Laurence Eymard, 2006

www.futura-sciences.com/ comprendre/d/dossier607-1.php

> « Climat », un dossier de la collection Sagascience

www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim/

À lire

> L'homme face au climat, É. Bard (dir.), éd. Odile Jacob, 2006

> La mer et les océans, P. Geistdoerfer, éd. Ellipses, 2005

> Le climat : jeu dangereux, J. Jouzel et A. Debroise, éd. Dunod, 2004

> Avis de tempêtes, La nouvelle donne climatique, J.-L. Fellous, éd. Odile Jacob, 2003

> « Les humeurs de l'océan », dossier Pour la Science, hors série, n° 21, 1998

À voir

> Dans les profondeurs du climat, de Claude Delhaye et Luc Ronat (2006, 26 minutes)

> Claire Waelbroeck, paléoclimatologue, de Jean-Jacques Henry (2005, 12 min)

> Pomme, la mission, de Claude Delhaye (2002, 54 min)

> Climat, d'hier à demain, de Jean-François Ternay (2000, 5 min)

1. Ce que semble confirmer une étude récente publiée dans Geophysical Research Letters, vol. 33, n°. 11, L. 11705.
2. Laboratoire CNRS / Université Toulouse-III / Cnes / IRD.
3. Laboratoire CNRS / Université Aix-Marseille-I et III / IRD.
4. Laboratoire CNRS / Université Bordeaux-I.
5. Laboratoire CNRS / Université Brest.

par **canardos** » 27 Août 2006, 23:00

un autre article du journal du cnrs juillet aout 2006:

a écrit :

Un casse-tête pour les scientifiques

Coup de semonce chez les océanographes, en ce début d'année 2004. Transmis « par erreur » à la presse, un rapport confidentiel du Pentagone vient en effet jeter un froid : il explique que la circulation des courants marins de l'Atlantique nord, dont le Gulf Stream, qui nous assure un climat tempéré en Europe, pourrait se métamorphoser vers 2010. À la clef, rien de moins qu'un nouvel âge glaciaire des deux côtés de l'Atlantique, des sécheresses éparses et des famines aux quatre coins du globe ! Fin du suspense : pour tous les scientifiques, ce scénario climatique est à la fois le plus noir et le plus improbable. Mais cet épisode a au moins eu le mérite de mettre en lumière deux vérités. Primo, les océans sont le véritable chef d'orchestre du climat de notre planète, dont ils couvrent 70 % de la surface. Deuzio, ça bouge au cœur des grands bleus : de plus en plus hauts et chauds, ils changent à une vitesse impressionnante et ne seront bientôt plus en mesure de nous garantir le climat actuel. Du coup, les chercheurs du CNRS naviguent sans relâche entre les océans (pour acquérir des données) et leur laboratoire (pour les intégrer à leurs modèles). Leur cheval de bataille : comprendre les évolutions de ces mers et leur impact sur le climat. Que vont devenir les grands courants qui assurent le chauffage central de notre planète, sous l'effet du changement climatique ? Les océans pourront-ils encore longtemps emmagasiner une part importante du carbone que l'homme s'obstine à rejeter dans l'atmosphère ? Emprisonné par les abysses, le méthane océanique prendra-t-il son envol dans l'atmosphère ? État des lieux des connaissances et des grandes interrogations actuelles.

[center]Le Gulf Stream s'arrêtera-t-il ?[/center]

On le sait, les océans captent près des deux tiers du rayonnement solaire reçu par la Terre. Et ce sont les courants qui véhiculent cette chaleur pour la restituer au reste du monde. Parmi eux, le Kuro Shio, dans le Pacifique, ou le Gulf Stream, dans l'Atlantique. Alors, ce dernier s'arrêtera-t-il, comme le prédisent les Cassandres américains ? « Non, répond Herlé Mercier, directeur de recherche CNRS au Laboratoire de physique des océans de Plouzané, près de Brest 1. Tout simplement car un seul de ses “moteurs” pourrait se gripper. Néanmoins, cela risque de le ralentir d'environ 25 % à l'horizon 2100. » Ce mécanisme fragile, les chercheurs le comparent à un immense tapis roulant : « Quand des eaux chaudes en surface arrivent dans l'Atlantique nord, elles sont fortement refroidies : elles deviennent donc plus denses, ce qui les fait plonger vers les profondeurs », poursuit notre océanographe. Ainsi, en surface, cette plongée fait appel d'air, ou plutôt appel d'eau, ce qui entretient la circulation du Gulf Stream et plus globalement la circulation dite « thermohaline ». Problème : ce mécanisme de plongée pourrait s'enrayer, voire s'arrêter à cause d'une perte de densité due à un apport d'eau douce. Oui, mais… celle-ci pourrait être compensée par une autre conséquence probable du réchauffement : une plus grande évaporation en certains endroits, ce qui augmente la concentration en sel de l'eau de mer. Par ce processus, cette dernière gagne donc en densité.

Une autre raison de ne pas croire au cauchemar décrit par le Pentagone : le Gulf Stream existe aussi grâce à l'action des vents. Car les alizés poussent les masses d'eaux vers le sud. Or pour maintenir l'équilibre des masses, on assiste à un courant retour vers le nord : il s'agit de notre précieux Gulf Stream, pas près de s'arrêter donc… à moins d'une importante panne des vents, qui n'est pas à l'ordre du jour.

Toutefois, l'histoire récente de la Terre prouve que ce courant est bien susceptible de ralentir. Un exemple ? « Il y a environ 17 000 ans, une fonte importante de glaciers de l'hémisphère Nord, du Canada à l'Arctique, avait fortement perturbé le Gulf Stream, et donc le climat, rappelle Jean-Claude Duplessy, directeur de recherche CNRS au Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (LSCE) 2 de Gif-sur-Yvette. Un scénario similaire s'est reproduit il y a 8 200 ans environ, mais de manière beaucoup plus anecdotique. Dans les deux cas, il s'agissait d'événements liés à la fin de la dernière glaciation. » Difficile donc d'en déduire des indications pour l'avenir : « Le réchauffement dû aux activités humaines nous ôte tout repère historique, précise le paléoclimatologue. Mais il est vraisemblable que si celles-ci se poursuivent à ce rythme, jusqu'à entraîner notamment la fonte du Groenland avec l'impact qu'on imagine sur les océans et les courants marins, c'est tout le prochain cycle climatique qui sera marqué du sceau de l'homme. » Soit environ 100 000 ans…

[center]Quel climat sans la banquise ?[/center]

Autres grands acteurs à jouer sur le climat : les glaces de mer, de grandes étendues océaniques transformées en glaçons. Actuellement, en Arctique, 14 millions de km2 sont ainsi couverts de glaces de mer (banquise) en hiver. En été, cette couverture se réduit de moitié, ce qui équivaut tout de même à environ 13 fois la superficie de la France métropolitaine ! Le rôle de la banquise sur le climat est énorme pour deux raisons : « Tout d'abord, elle constitue un excellent isolant qui freine les échanges de chaleur entre l'océan et l'atmosphère, analyse Jean-Claude Gascard, directeur de recherche CNRS au Laboratoire d'océanographie et du climat, expérimentations et approches numériques (Locean) 3, un des laboratoires de l'Institut Pierre Simon Laplace (IPSL) à Paris. De plus, elle a un pouvoir réfléchissant (albédo) très élevé : 90 % de l'énergie solaire est renvoyée vers l'espace, contre seulement 30 % pour l'océan libre de glace ! »

Ici, il y a un hic… et un gros : tous les modèles actuels convergent pour prédire que la banquise pourrait disparaître en été dans quelques décennies. Jean-Claude Gascard coordonne le grand projet intégré européen Damocles, dont le but est de recueillir des données qui font encore lourdement défaut. Ainsi dès le mois de septembre, le navire Tara se laissera prendre par les glaces pour dériver avec elles pendant deux années consécutives avant d'être libéré au cours de l'été 2008 dans les parages du Spitsberg, au nord-est du Groenland. Les données recueillies serviront notamment à jauger les différentes rétroactions qui s'affrontent naturellement et qui rendent périlleuse toute prédiction globale. Un exemple ? « Avec le réchauffement climatique en cours, s'interroge Jean-Claude Gascard, assistera-t-on à une hausse de l'évaporation et donc à une augmentation de la couverture nuageuse et des précipitations en Arctique ? Cela pourrait compenser en partie le retrait de la banquise, car certains nuages ont aussi un excellent pouvoir réfléchissant. » Bref, une affaire à suivre de près.

[center]les échanges entre air et mer se dérèglent-ils ?[/center]

C'est presque une lapalissade : le climat de notre planète dépend des échanges de chaleur et d'humidité entre les océans et l'atmosphère. Par exemple, les océans sont la première source d'eau atmosphérique, donc de nuages ; en outre, la vapeur d'eau est aussi le premier gaz à effet de serre ! « Mais surtout, les océans ont une forte inertie thermique, qui fait notamment qu'ils restent plus chauds en hiver que la terre », précise Laurence Eymard, directrice du Locean. Ce surplus, particulièrement important dans les régions tropicales, la surface océanique le restitue en partie à l'atmosphère par évaporation… et nous évite ainsi des hivers plus durs en Europe. « La température de surface de l'océan est le principal régulateur de ces échanges avec l'atmosphère, poursuit Laurence Eymard. Et la moindre anomalie peut avoir des répercussions importantes : sur une toute petite région de la surface océanique, une hausse inhabituelle de 1 °C peut ainsi donner naissance à une anomalie des vents sur près de 100 km ! » Célébrissime exemple, le phénomène El Niño (voir p. 24) s'explique en partie par un déplacement vers l'est d'une importante zone d'eau chaude de l'océan Pacifique… Autre illustration, les 80 cyclones tropicaux qui se forment chaque année à cause d'une accumulation de chaleur à la surface des océans. Ou encore les moussons, ces phénomènes saisonniers caractérisés par des précipitations intenses en Asie, en Afrique et même en Australie. Leur origine ? « Une grande différence de température, à l'approche du solstice d'été, entre les océans et les continents, avec des terres qui ont tendance à surchauffer », répond notre chercheuse. Mais depuis trente ans, les moussons ont bien changé, avec notamment un déficit de précipitations en Afrique, qui entraîne une sécheresse dramatique à l'ouest du continent. Le grand programme Amma 4 devrait permettre d'y voir plus clair quant aux évolutions en Afrique. « Les activités humaines ont déjà réchauffé la surface des océans, explique Laurent Terray, directeur adjoint de l'unité « Sciences de l'Univers » au Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique (Cerfacs) de Toulouse. Et ceci peut modifier les flux de mousson et affecter le cycle hydrologique sur les continents adjacents. »

Dernière illustration, avec l'oscillation multidécennale atlantique (AMO) : « Elle se traduit par un fort contraste, entre les deux hémisphères, des températures de surface de l'océan Atlantique, décrit Laurent Terray. Or nous avons montré que l'AMO était responsable d'environ 15 % du réchauffement d'environ 1 °C que connaît la France depuis les années quatre-vingt-dix ! » Un résultat notable, car modéliser les échanges entre air et océans n'a rien d'un long fleuve tranquille : « On connaît la plupart des processus à petite échelle, mais pour les généraliser à l'ensemble de la planète, nous devons encore progresser dans les modèles et l'acquisition de données », précise Laurence Eymard.

[center]L'océan restera-t-il un piège à carbone ?[/center]

« Aujourd'hui, sans le piégeage de carbone par les océans, le taux de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère serait beaucoup plus élevé. » Le constat est signé Nicolas Metzl, chercheur CNRS au Locean. Et pourtant, la situation est déjà critique : en janvier 2006, dans l'atmosphère, notre scientifique a mesuré 380 parties par million (ppm) de CO2, l'un des principaux gaz à effet de serre, contre les 280 ppm estimés à l'orée de l'ère industrielle. Et les modèles parlent de 700 ppm pour la fin du siècle ! « Chaque année, l'homme injecte entre six et sept milliards de tonnes de carbone dans l'atmosphère, confirme Nicolas Metzl. Et sur cette quantité, l'océan en capte au moins le tiers. » En tout, 39 000 milliards de tonnes de carbone y sommeillent, contre 600 milliards de tonnes dans l'atmosphère et 610 dans la biosphère terrestre. Et là aussi, les échanges entre air et mer sont permanents. D'un côté, les « sources », des parcelles de l'océan qui rejettent du CO2 de manière naturelle. De l'autre, les « puits », d'autres régions globalement plus conséquentes que les sources, qui en absorbent. Comment fonctionnent-ils ? De deux manières. Il y a bien sûr la « pompe biologique ». Mais c'est surtout la « pompe physique » qui permet de limiter l'accumulation du carbone dans l'atmosphère : « Lorsque les eaux tropicales de surface arrivent vers les hautes latitudes, elles se refroidissent, analyse Laurent Bopp, chercheur CNRS au LSCE. Or le gaz carbonique est plus soluble dans l'eau froide : des quantités importantes vont donc être absorbées par ces eaux avant de plonger avec elles vers les profondeurs. » Une partie de ce carbone sera restitué, beaucoup plus tard, à l'atmosphère, au gré du mélange de ces eaux profondes avec l'océan de surface. Ce cycle fait l'objet de nombreuses recherches de par le monde, pour identifier et étudier les puits et les sources. Les résultats sont déjà au rendez-vous : par exemple, grâce aux campagnes Oiso, coordonnées par Nicolas Metzl, nos chercheurs ont récemment montré que le carbone issu des activités humaines était tenu captif dans certaines eaux de l'océan Austral sans doute autant que dans l'Atlantique nord, qui était présenté jusqu'ici comme le puits majeur de carbone.

Mais d'autres retournements de situation sont plus à craindre : « Dernièrement, nous avons ainsi découvert que certaines années, le puits de carbone dans l'Atlantique nord se transformait en source, principalement en raison du réchauffement des eaux de surface ! », relate Nicolas Metzl. Pouvons-nous en conclure que la pompe océanique de carbone est en train de se gripper ? « Dans un premier temps, les océans s'adaptent à l'augmentation du taux de CO2 dans l'atmosphère et absorbent de plus en plus de carbone, répond Laurent Bopp. Mais nos modèles prévoient que cette pompe s'essoufflera dans les prochaines décennies. » Et au final, une diminution de 25 % du carbone capturé à l'horizon 2100. La faute au réchauffement, donc, car le gaz carbonique est moins soluble dans l'eau chaude. Mais aussi parce qu'il provoque, avec l'augmentation des apports d'eau douce aux hautes latitudes, une plus grande « stratification » des océans : « Il y aura moins d'interactions entre les différentes couches de l'océan, poursuit Laurent Bopp. Résultat, les couches de surface se mélangeront moins facilement aux couches sous-jacentes, ce qui diminuera la quantité de carbone potentiellement absorbée par l'océan profond. » Mais encore une fois, plusieurs phénomènes imbriqués compliquent le problème. Ainsi, par nature, la stratification diminuera aussi les remontées d'eaux profondes riches en carbone vers la surface et donc… les sources océaniques de carbone vers l'atmosphère.

[center]Le plancton va-t-il manquer ?[/center]

À la surface des océans, le carbone est aussi un matériau de la « production primaire », à savoir le phytoplancton. « Si cette pompe biologique n'existait pas, il y aurait 30 % de CO2 en plus dans l'atmosphère », rappelle Stéphane Blain, chercheur au Laboratoire d'océanographie et de biogéochimie (LOB) 5 de Marseille. Pourquoi ? Tout simplement car la photosynthèse, qui permet le développement du phytoplancton, consomme de grandes quantités de carbone. La chaîne alimentaire fait le reste : le phytoplancton est la nourriture favorite du zooplancton. Rejeté dans les grandes profondeurs sous forme de déchets organiques, une partie du carbone finit ensuite en sédiments au fond des océans… Mais le visage de cette pompe biologique pourrait changer : « Deux consensus alarmants émergent déjà, affirme Paul Tréguer, directeur de l'Institut universitaire européen de la mer (IUEM) 6 et directeur scientifique du réseau d'excellence Eur-Oceans, qui relie 66 instituts européens sur le sujet. Tout d'abord, sous l'effet du réchauffement, de nombreuses espèces planctoniques adaptées aux eaux tempérées migrent vers le nord, entraînant avec elles leurs prédateurs », ce qui perturbe l'équilibre des écosystèmes. « Ensuite, l'accumulation de CO2 dans l'océan menace dangereusement la pompe biologique, poursuit Nicolas Metzl. En effet, elle provoque une acidification des océans et diminue les concentrations de l'eau en ions carbonate », ce qui met en péril de nombreuses espèces planctoniques. Très rapide, cette acidification, déjà en marche, pourrait modifier le régime du moteur biologique de notre pompe de carbone.

Face à l'urgence, les études se multiplient. Avec ses collègues de la mission Keops 7, Stéphane Blain tente ainsi de comprendre les mécanismes de floraison du phytoplancton en certains endroits de l'océan Austral, où la pompe biologique est très inefficace, malgré des eaux riches en sels nutritifs. Selon Paul Tréguer, « pour une bonne part, cette absence relative de phytoplancton s'explique par des carences océaniques en fer, élément indispensable à leur bon développement ». D'où l'idée de certains industriels, désireux de poursuivre leurs activités productrices de CO2, de doper la pompe biologique en injectant du fer dans les océans. « C'est un projet dangereux et certainement inefficace, s'insurge Stéphane Blain. Tout d'abord, il ne faut pas oublier que l'activité biologique rejette aussi d'autres gaz à effet de serre, dont le protoxyde d'azote (N2O), dans l'atmosphère. Donc on ne serait pas forcément gagnant à activer artificiellement la pompe biologique. D'autre part, si cela était mené à grande échelle, l'équilibre chimique et biologique de l'océan en serait bouleversé. »

[center]La poudrière à méthane explosera-t-elle ?[/center]

Enfin, comment ne pas reparler d'un élément tapi au fond des océans, peut-être le plus dangereux pour le climat : les hydrates de gaz 8, des glaces qui emprisonnent de grandes quantités de méthane, un gaz à effet de serre vingt fois plus « efficace » que le CO2. « Les estimations parlent de 500 à 2 500 milliards de tonnes enfouies dans les océans, explique Jérôme Chappellaz, directeur de recherche CNRS au Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE) de Grenoble 9. Or les 5 milliards de tonnes de méthane présentes dans l'atmosphère sont à elles seules responsables de 20 % de l'effet de serre d'origine humaine. » Autant dire qu'un dégazage même partiel du méthane océanique pourrait bouleverser l'atmosphère pour quelques décennies… « En théorie, un réchauffement des océans peut provoquer la fonte d'une partie des hydrates de gaz », affirme Benoît Ildefonse, chercheur CNRS au Laboratoire de tectonophysique de Montpellier10 et président du comité scientifique français de l'Integrated Ocean Drilling Program (IODP) (voir p. 26). Que se passerait-il ? Deux possibilités, à l'image de l'ouverture d'une bouteille de champagne : « Soit le dégazage est lent et progressif, et l'essentiel du méthane aura alors le temps de se dissoudre dans l'océan ; soit l'éruption est violente et nous pourrions assister à des modifications radicales de notre atmosphère en quelques mois », analyse Jérôme Chappellaz. Les données des carottes de glace polaire indiquent que les dégazages de ces 150 000 dernières années se seraient déroulés de la première manière. Mais les spécialistes continuent d'incriminer les hydrates océaniques pour le gros coup de chaud d'il y a 55 millions d'années, qui a mis 200 000 ans à s'estomper. Quid de l'avenir ? « Deux effets s'affrontent, poursuit Jérôme Chappellaz. Le réchauffement, donc, qui pourrait déstabiliser les hydrates. Mais aussi la hausse du niveau de la mer : en profondeur, la pression augmente, ce qui a tendance à stabiliser les réserves d'hydrates. »

Dernière révélation en date sur les liaisons dangereuses des océans avec le climat : les volcans de boue sous-marins pourraient eux aussi rejeter du méthane dans l'atmosphère. En effet, une étude récente 11, menée notamment par l'Ifremer, a montré que l'un d'eux émettait par phases d'importantes quantités de méthane dont une bonne part pourrait atteindre l'atmosphère. Une preuve que l'on est encore loin de connaître précisément l'influence de l'océan sur celle-ci. Et une raison supplémentaire de le prendre très au sérieux sur le grand échiquier du climat.

Matthieu Ravaud

[center]Le monde entier dans un modèle[/center]

Coller au plus près de la réalité : c'est l'objectif ambitieux des modèles de circulation océanique et atmosphérique. D'autant plus ambitieux que cette réalité est remuante, chaotique et pas toujours suffisamment bien connue. Mais malgré les difficultés, notre meilleure connaissance des relations entre l'océan et l'atmosphère ainsi que l'augmentation de la puissance des ordinateurs font de la simulation un outil indispensable pour étudier les fluctuations climatiques naturelles ou provoquées par l'homme. En France, le modèle de circulation océanique le plus populaire s'appelle Océan parallélisé (OPA) et s'inscrit dans une structure européenne, Nucleus for European Modelling of the Ocean (Nemo). « OPA est un modèle de référence. Il est utilisé dans les simulations de changement climatique du Groupement intergouvernemental sur l'évaluation du climat (Giec). Un de ses atouts est qu'il permet de travailler à l'échelle globale ou régionale », explique Pascale Delecluse. Cette boîte à outils est en constant développement selon les besoins des chercheurs. OPA est aussi à la base de Mercator, le grand programme d'océanographie opérationnelle qui décrit en temps réel l'état de l'océan exactement comme la météo décrit l'état de l'atmosphère. Le grand problème pour les chercheurs est de trouver le meilleur compromis entre la résolution des modèles et le temps durant lequel ils peuvent les faire tourner. « Tout dépend des moyens de calcul dont on dispose. On préfère par exemple utiliser un modèle un peu moins précis mais avec lequel on peut étudier la circulation océanique sur cent ans plutôt qu'un modèle très précis mais qui ne va simuler qu'une année », analyse Anne-Marie Treguier, directrice de recherche CNRS au Laboratoire de physique des océans (LPO) 1. Néanmoins, beaucoup de phénomènes climatiques sont encore inaccessibles aux modèles à trop basse résolution. Les modèles actuels de circulation générale couplés océan-atmosphère décrivent des échelles spatiales comprises entre 100 et 300 kilomètres, ce qui est insuffisant pour reproduire les phénomènes atmosphériques qui pourraient déclencher El Niño.

Pour évaluer l'effet du réchauffement global sur la circulation des vents et des courants, augmenter la résolution n'est pas non plus suffisant. « Il faut aussi mieux décrire les processus physiques. Les modèles atmosphériques doivent être couplés non seulement avec l'océan et les glaces de mer, mais aussi avec l'hydrologie continentale, les processus chimiques dans l'atmosphère, les aérosols, la biogéochimie marine, etc. », rappelle Serge Planton, chercheur à Météo France. De quoi occuper les climatologues pendant quelques décennies.

S. E.

> À lire

« Évolution du Climat, Peut-on se fier aux modèles ? », Le journal du CNRS, n° 172,

mai 2004

1. Laboratoire CNRS / Université de Brest / Ifremer.
2. Laboratoire CNRS / CEA / Univ. de Versailles-St-Quentin.
3. Laboratoire CNRS / Université Pierre et Marie Curie/ IRD / MNHN.
4. Voir www.insu.cnrs.fr/web/article/art.php?art=1787&nid=1
5. Laboratoire CNRS / Université Aix-Marseille-II.
6. Laboratoire CNRS / Université de Brest.
7. Voir Le journal du CNRS, n° 180, janvier 2005, p. 36.
8. Voir Le journal du CNRS, n° 186, juillet-août 2005.
9. Laboratoire CNRS / Université Grenoble-II.
10. Laboratoire CNRS / Université Montpellier-II.
11. Résultats publiés dans Earth and Planetary Science Letters, vol. 243, 30 mars 2006.

par **roudoudou** » 28 Sep 2006, 19:25

ocean et climat

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