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.

 

 

Le Gulf Stream s'arrêtera-t-il ?

 

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…

 

 

Quel climat sans La banquise ?

 

 

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.

 

 

les échanges entre air et mer se dérèglent-ils ?

 

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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.

 

 

L'océan restera-t-il un piège à carbone ?

 

« 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.

 

 

Le plancton va-t-il manquer ?

 

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. »

 

 

La poudrière à méthane explosera-t-elle ?

 

 

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