Les échanges atmosphère–océan : une rétroaction positive

Actuellement, l'océan absorbe environ un tiers des émissions anthropiques. Il fait donc un effort important, bien qu'insuffisant. Cette absorptionabsorption est due à la mise en équilibre des pressions partielles de CO₂ dans l'atmosphèreatmosphère et dans la couche superficielle. Ce n'est pas une rétroaction, c'est une conséquence directe du changement de composition de l'atmosphère.

Les échanges entre l'océan et l'atmosphère sont une rétroaction positive. © Yves Fouquart

Les causes des variations du CO2 dans l'océan

Le flux de CO₂ entre l'océan et l’atmosphère dépend de la différence de pression partielle entre ces deux milieux et est modulé par le ventvent. En moyenne globale, et à l'équilibre, la pression partielle de CO₂ dans l'océan a la même valeur que dans l'air, mais avec une forte variabilité, due à trois causes principales :

• la température. Lorsque celle-ci croît, la pression partielle de CO₂ s'accroît aussi. En conséquence, les océans chauds sont des sources de CO₂ quand les océans froids sont des puits ;
• la photosynthèsephotosynthèse de la matière organique par le phytoplancton. Celle-ci utilise du CO₂, réduisant ainsi sa pression partielle. Une large part est restituée à des profondeurs intermédiaires, dans des masses d'eau que la dynamique océanique ramènera en surface au bout de quelques années à plusieurs dizaines d'années. Mais une part l'est à grande profondeur, dans des masses d'eau qui ne verront la surface que dans un millier d'années environ. Enfin, une très petite part (moins de 1 ‰) atteint le fond de l'océan et est enfouie dans le sédimentsédiment, seuls des mouvementsmouvements tectoniques pourraient alors lui faire regagner l'atmosphère ;
• la circulation océanique. À l'est des océans tropicaux, celle-ci fait remonter en surface des eaux profondes enrichies en CO₂. Dans les régions polaires au contraire, les eaux qui se refroidissent et s'enrichissent en CO₂, acquièrent une densité élevée et s'enfoncent sous d'autres masses d'eau, mettant ainsi ce CO₂ à l'abri des échanges avec l'atmosphère.

Océan-atmosphère : l'effet de l'augmentation de l'effet de serre

Le réchauffement provoqué par l'augmentation de l'effet de serreeffet de serre a donc pour conséquence de diminuer la capacité d'absorption par les océans. C'est la principale raison pour laquelle le CO₂ diminue lors des phases de refroidissement des glaciationsglaciations, provoquant à son tour une diminution de l'effet de serre et une amplification du refroidissement initial : l'absorption du CO₂ par les océans est, elle aussi, une rétroaction positiverétroaction positive.

La question est souvent mal comprise parce qu'on oublie que l'océan est stratifiéstratifié et que les échanges entre l'atmosphère et l'océan ne concernent qu'une très petite partie de la masse d'eau, la couche superficielle qui se met rapidement en équilibre avec l'atmosphère. La constante de temps correspondante est de l'ordre de l'année. Plus précisément si les émissions de CO₂ cessaient et si l'on rajoutait 1 GT de carbonecarbone dans l'atmosphère sous forme de CO₂, la pression partielle du CO₂ dans la couche superficielle de l'océan s'équilibrerait avec celle de l'atmosphère en environ une année. À température constante et sans tenir compte des échanges avec les surfaces continentales, ces 1 GT se répartiraient donc, au bout d'une année, en X GT dans l'océan et 1-X GT dans l'atmosphère.

Pour que l'océan puisse absorber davantage de CO₂, il faut que la pression partielle diminue dans la couche de surfacecouche de surface. Ceci n'est possible que si le CO₂ est évacué vers l'océan profond. Comme expliqué ci-dessus, il peut l'être, soit grâce à l'activité biologique (photosynthèse par le phytoplanctonphytoplancton et chute en profondeur des débris), soit lors de la formation des eaux profondes dans les mers froides. Ces processus sont divers mais ils sont beaucoup plus lents et les constantes de temps correspondantes sont de l'ordre de plusieurs dizaines d'années ou du siècle. Ce n'est donc qu'au bout d'un siècle environ que la pression partielle de CO₂ dans la couche de surface aura suffisamment diminué pour permettre l'absorption de la plus grande partie des 1-X GT qui restaient encore dans l'atmosphère.