Sommet de Copenhague : « le niveau de l’océan va continuer à monter »

De combien s'élèvera le niveau de la mer ? Va-t-elle nous engloutir ? Quels sont les liens entre les océans et l'atmosphère ? Le Gulf Stream peut-il s'arrêter ? Bruno Voituriez, ancien directeur de l'Institut de Recherche pour le Développement (IRD) et membre du Club des Argonautes, répond à ces questions aux relents de Déluge.

Futura-Sciences : Quelles sont les prévisions d’élévation du niveau moyen des océans à l’horizon 2100 ?

Bruno VoituriezBruno Voituriez : Les mesures marégraphiques (NDLRNDLR : du niveau des maréesmarées) montrent qu'au cours du 20^ème siècle, le niveau moyen des océans s'est élevé de 1,7 millimètre par an. La mesure du niveau de la mer depuis l'espace par altimétrie satellitaire apporte une amélioration considérable à cette évaluation car, à la différence des marégraphes (appareils qui mesurent le niveau des marées) qui sont ponctuels et « attachés » à la terre (littoraux continentaux ou insulaires), les satellites couvrent la quasi-totalité des océans. Ainsi dispose-t-on d'une série continue de mesures d'altimétrie satellitaire depuis 1992, date de lancement du satellite Topex/PoseidonTopex/Poseidon (1992-2006), suivi de Jason1 lancé en 2001 puis de Jason2 mis sur orbiteorbite en 2008. Elles font apparaître depuis 1993 une élévation du niveau moyen de la mer au rythme de 3,3 mm/an. Le Giec (Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Evolution du ClimatClimat) dans son 4^ème rapport de 2007 évaluait cette élévation à l'horizon 2100 entre 18 et 59 cm.

FS : Qu’en est-il aujourd’hui de cette évaluation du niveau des océans ?

Bruno Voituriez : Le niveau moyen des océans intègre deux paramètres. La température d'abord : plus l'océan est chaud et plus il est volumineux. La quantité d'eau qu'il contient ensuite : plus il y a d'eau dans l'océan, plus son niveau est élevé, c'est une lapalissade... Le réchauffement climatiqueréchauffement climatique apporte de la chaleurchaleur à l'océan : plus de 80% de la quantité de chaleur apportée par l'effet de serreeffet de serre additionnel d'origine anthropique se retrouve dans l'océan dont la température augmente. Depuis 1955, la température moyenne de la couche superficielle océanique (700 mètres) a augmenté de 0,04°C. Le réchauffement fait aussi fondre glaciersglaciers et calottes polaires dont l'eau de fontefonte se retrouve nécessairement dans l'océan. Donc le niveau de l'océan va continuer à monter.

Depuis le 4^ème rapport du Giec, des progrès très importants ont été faits dans les mesures et les observations. Côté température des océans, on dispose maintenant avec le programme Argo lancé en 2000 d'un réseau dense d'observation de l'océan. Depuis 2007, plus de 3.000 flotteurs sont déployés en profondeur dans tout l'océan ; tous les 10 jours ils remontent en surface en mesurant température et salinitésalinité le long de la colonne d'eau sur 2.000 mètres d'épaisseur. Ce sont ainsi 100.000 sondages océaniques qui sont effectués chaque année.

Côté bilan de massebilan de masse, le système satellitaire Grace lancé en 2002 mesure le champ de gravitégravité terrestre et en fait une couverture globale en un mois. Les variations temporelles du champ de gravité correspondent à des transferts de masse que l'on peut ainsi mesurer. Ainsi évalue-t-on les variations de la masse océanique, celles des calottes glaciairescalottes glaciaires et aussi celles des eaux continentales. On dispose en outre pour les glaciers de montagne d'observation in situ directes et de mesures altimétriques couplées à des modèles numériquesmodèles numériques de terrain. On dispose donc actuellement de tous les termes du bilan.

FS : Dans ce cas, que peut-on déduire de ce bilan des masses d’eau ?

Bruno Voituriez : On en tire les trois conclusions suivantes :

1. La composante stérique, c'est-à-dire le changement de volumevolume dû à la dilatationdilatation thermique des océans, est variable et dépend de la variabilité climatique naturelle aux échelles pluriannuelles et décennales que le réchauffement climatique modifie mais n'annule pas.

On y retrouve les grandes oscillations océaniques (El NiñoEl Niño, NAONAO, etc.). On a observé entre 2003 et 2008 une baisse significative de cette composante (0,4 mm/an contre 1,6 mm/an entre 1993 et 2003). Il y a correspondu une diminution du rythme de l'élévation du niveau de la mer, passé à 2,5 mm/an contre 3,3 mm/an de moyenne, de 1993 à 2009. Diminution tout à fait temporaire puisque depuis 2008 elle a repris son rythme. La variabilité naturelle du système climatique est une constante qu'il faut sans cesse rappeler : elle module nécessairement le signal climatique (et donc le rythme de l'élévation du niveau de la mer) à plus long terme et il faut se garder des conclusions hâtives que certains tirent d'observations qui sont la signature de cette variabilité pour remettre en cause la réalité du réchauffement climatique.

Cette variabilité n'est pas encore pleinement comprise et la mesure satellitaire des variations spatio-temporelles du niveau de la mer est un outil précieux d'observation pour la mieux comprendre.

2. Si les calottes polaires et les glaciers sont aussi soumis à la variabilité climatique naturelle, leur inertieinertie les met à l'abri des fluctuations pluriannuelles et leurs variations sont de fait de meilleurs indicateurs du réchauffement climatique.

On a observé depuis 2003 une intensification considérable de la fonte des glaciers et calottes polaires. La contribution des glaciers est passée de 0,8 mm/an (1993-2003) à 1,4 mm/an et celle des calottes polaires de 0,4 à 0,95 mm/an. Cette accélération était déjà connue au moment de la parution du 4^ème rapport du Giec en 2007 qui était construit sur des données antérieures. D'où la mise en garde qu'il fit dans son rapport en précisant que la contribution des calottes polaires aux scénarios d'élévation du niveau de la mer qu'il projette pour 2100 (entre 18 et 59 cm) pourrait être beaucoup plus importante en cas d'accélération de l'écoulement vers la mer des glaciers comme les observations le montrent.

Jusqu'au 4^ème rapport, les scénarios du Giec n'avaient pas inclus la dynamique des glaciers, se contentant d'un bilan de masse « statique ». Deux phénomènes sont à prendre en compte :

• La lubrification du soubassementsoubassement rocheux du glacier, du fait de l'infiltration de l'eau fondue en surface de plus en plus importante chaque année, qui accélère le mouvementmouvement du glacier vers la mer et la production d'icebergs.
• La désintégration de l'extrémité des glaciers qui s'étendent et flottent sur la mer (ice shelf), en AntarctiqueAntarctique surtout. Désintégration du fait d'un réchauffement des eaux, sur lesquelles ils flottent, qui les amincissent et donc les fragilisent ; désintégration qui ouvre la voie à une accélération de l'écoulement du glacier continental en amont.

3. Compte tenu de ces résultats, l'élévation du niveau de la mer en 2100 devrait être au moins le double de ce que prévoyait le Giec, soit plus de 1 mètre. En sachant que l'on ne s'arrêtera pas là et que le niveau de la mer continuera de monter pendant plusieurs siècles...

FS : Avec l'élévation du niveau de la mer, une autre grande question accompagne la problématique du réchauffement climatique sur les océans. C'est la question de l'évolution de la circulation océanique. Tout d'abord, pouvez-vous nous expliquer ce qu'est cette circulation océanique ? 

Bruno Voituriez : La machine climatique fonctionne à l'énergieénergie solaire. L'énergie que la Terre reçoit du SoleilSoleil se répartit entre les différents compartiments du système : atmosphère, océan, cryosphèrecryosphère, continents et milieu vivant, qui ne cessent de l'échanger entre eux.

Deux de ces compartiments jouent un rôle particulièrement important : les deux fluides du système que sont l'atmosphère et l'océan. Ce sont des transporteurs de chaleur, qu'ils redistribuent des régions équatoriales vers les pôles. Ils travaillent de manière couplée en échangeant sans cesse chaleur et énergie, chacun d'eux influant sur l'autre. L'essentiel de l'énergie qui met l'atmosphère en mouvement vient de l'océan qui est le principal récepteur et réservoir de l'énergie solaire : 56% contre 29% à l'atmosphère et 16% pour les continents. C'est surtout par évaporation dans les régions tropicales que les couches de surfacecouches de surface chaudes de l'océan transmettent de l'énergie à l'atmosphère qui, ainsi mise en mouvement, transporte de la chaleur vers les pôles non pas en ligne droite mais, à cause de la rotation de la Terre, par le canal de grandes cellules tourbillonnaires comme par exemple l'anticycloneanticyclone des Açores et le système dépressionnaire d'Islande dans l'Atlantique.

Par l'action mécanique du ventvent, l'atmosphère restitue à l'océan une partie de l'énergie que celui-ci lui avait fournie, générant une circulation océanique de surface,  miroirmiroir de la circulation atmosphériquecirculation atmosphérique avec dans l'Atlantique nord un anticyclone océanique (auquel sont associés le Gulf Stream, le courant des Canaries et le Courant équatorial nord) et la dépression du Labrador (à laquelle sont associés la dérive Nord-Atlantique et le Courant du Labrador).

En outre, les échanges thermodynamiquesthermodynamiques entre les deux fluides, évaporation ici, précipitationsprécipitations ailleurs, font varier la densité de l'eau de mer provoquant la plongée des eaux denses et la remontée des eaux légères. C'est le moteur de la circulation dite thermohaline dont l'exemple le plus connu et médiatisé est appelé souvent le tapis roulanttapis roulant ou Meridional Overturning Circulation (MOC), dont l'origine se situe en mers du Groenland et de Norvège où les eaux très salées, amenées par le Gulf Stream et la dérive Nord-Atlantique, plongent une fois refroidies et encore enrichies en sel par la formation de la banquisebanquise. Ces eaux circulent alors vers le sud à 3.000 mètres de profondeur puis se répandent dans l'océan où, du fait des mélanges, elle finira par réapparaître en surface prête pour un nouveau tour.

C'est grâce à cette noria (circulation ininterrompue) que les transports océaniques de chaleur vers le nord sont nettement plus importants dans l'Atlantique que dans le Pacifique, y assurant un climat plus clément surtout sur le continent européen.

FS : Quelle sera l'évolution de cette circulation, notamment dans cet Atlantique nord qui en profite tant ?

Bruno Voituriez : Le supplément de chaleur introduit dans le système climatique par l'accroissement de l'effet de serre d'origine anthropique produit une perturbation dont l'augmentation de la température de l'atmosphère est le signe le plus ostensible mais qui ne se limite pas à cela.

Ce sont tous les échanges entre les divers compartiments du système qui sont affectés, à travers le cycle de l'eau notamment. Et au premier chef les échanges entre l'océan et l'atmosphère et aussi, pour ce qui concerne la circulation océanique, les échanges avec la cryosphère. La circulation atmosphérique comme la circulation océanique sont donc concernées. C'est tout l'enjeu des modèles couplant les composantes du système climatique pour établir des scénarios d'évolution du climat en fonction de ceux  de l'évolution de la teneur en gaz à effet de serregaz à effet de serre de l'atmosphère.

A la différence de l'atmosphère où l'on dispose de données à l'échelle de la planète depuis le 19^ème siècle (le Comité International de MétéorologieMétéorologie, ancêtre de l'Organisation Météorologique Mondiale, a été créé en 1879), on ne dispose pas pour l'océan de données suffisantes sur un temps assez long pour établir une relation entre les variations de la circulation océanique et le réchauffement climatique, qui est lui bien attesté par l'évolution des températures atmosphériques : la Commission Océanographique Intergouvernementale ne date que de 1960.

On a mis en évidence les relations qui lient circulations atmosphériques et océaniques dans les oscillations climatiques pluriannuelles, comme Enso dans le Pacifique, ou décennales, comme la NAO dans l'Atlantique nord, même si l'on n'en connaît pas les mécanismes et que l'on ne sait pas les prévoir. On sait par exemple que le débitdébit du Gulf Stream, acteur essentiel du tapis roulant, suit avec quelques mois de retard les variations de l'indice NAO, qui est un indice atmosphérique représentant la différence de pressionpression entre l'anticyclone des Açores et la dépression d'Islande. Plus cet indice est élevé plus les vents d'ouest sont forts sur l'Atlantique, assurant à l'Europe de l'ouest des hivershivers doux et humides, et plus aussi le débit du Gulf Stream est important. Et réciproquement.

Mais au-delà de ces échelles de variabilité, on ne peut encore rien dire à partir des observations. On sait néanmoins que les conditions sont réunies pour un ralentissement de la Meridional Overturning Circulation : réchauffement de l'océan, apports d'eau douceeau douce dans les mers du Groenland, de Norvège et d'Islande qui sont les zones de formation des eaux profondes du fait de la fonte des calottes polaires, de l'accroissement des précipitations et de la diminution de la banquise.

Mais faute d'informations supplémentaires, il n'y a sur ce sujet rien de nouveau depuis les conclusions issues des modèles exprimées dans le 4^ème rapport du Giec. A savoir qu'il y aura (à 90% de probabilité) d'ici 2100 un ralentissement de la Meridional Overturning Circulation estimé à 25% (valeur moyenne des différents modèles), que son interruption totale est très peu probable (aucun modèle ne la prévoit au cours de ce siècle), qu'il reste tout de même une incertitude liée à l'effet de seuil qui pourrait faire basculer brutalement le système, ce que les modèles prennent mal en compte, et qu'enfin cela ne remet pas en cause un réchauffement de l'Europe de l'ouest.