"Le réchauffement climatique pourrait perturber les courants de l’océan Atlantique" par Thomas Sumner

Ajout d’un article du CNRS sur la circulation méridienne atlantique ou thermohaline

Atlantic Ocean current

Une nouvelle simulation montre que la hausse des températures pourrait arrêter les courants de l’océan Atlantique (décrits ci-dessus) qui contribuent à réchauffer le nord-ouest de l’Europe. JPL-Caltech / NASA

L’émission excessive de dioxyde de carbone [aussi appelé gaz carbonique ou anhydride carbonique] dans l’atmosphère pourrait arrêter le courant océanique majeur qui transmet l’eau chaude à travers l’Atlantique Nord, suggèrent de nouvelles simulations climatiques. Sans être aussi extrême que le scénario catastrophique décrit dans le film ‘The Day After Tomorrow’, (le film ‘Le Jour d’après’ est un film catastrophe américain réalisé par Roland Emmerich, sorti en 2004), un tel arrêt pourrait faire chuter les températures hivernales d’environ 7 degrés Celsius ou plus dans le nord-ouest de l’Europe et modifier ainsi les précipitations à travers le monde.

De nombreuses simulations climatiques antérieures avaient prédit que la circulation de l’Atlantique resterait largement stable sous les changements climatiques futurs. Mais ces simulations ne reflètent pas avec précision la façon dont les flux d’eau douce se meuvent entre l’océan Atlantique et les océans du Sud, un mécanisme important à mesure que le la Terre se réchauffe, entraînant des dérèglements climatiques. Après avoir corrigé cette imprécision, les spécialistes du climat de l’Université Yale, Wei Liu et ses collègues, ont mis en place un scénario climatique extrême, pour tester la robustesse du courant océanique. Le doublement des concentrations de CO2 dans l’atmosphère a bloqué le courant de l’Atlantique au bout de 300 ans, comme l’a montré la simulation des chercheurs qui se sont impliqués dans cette étude.

Bien qu’une telle augmentation rapide du CO2 ne soit pas réaliste, la nouvelle simulation démontre que le courant n’est finalement pas stable du tout, concluent les chercheurs dans un article publié le 4 janvier 2017 dans la revue ‘Science Advances’. « La prochaine étape consistera à utiliser un scénario de réchauffement plus réaliste, pour prédire à quoi ressemblera l’avenir », a déclaré Wei Liu.

[Voir l’article « Overlooked possibility of a collapsed Atlantic Meridional Overturning Circulation in warming climate ». Wei Liu1,*,†, Shang-Ping Xie1, Zhengyu Liu2 and Jiang Zhu2 + Author Affiliations - ↵†Corresponding author. Email : wliu@yale.edu - ↵* Present address : Department of Geology and Geophysics, Yale University, New Haven, CT 06511, USA. Science Advances  04 Jan 2017 : Vol. 3, no. 1, e1601666
DOI : 10.1126/sciadv.1601666 – Source : https://www.sciencenews.org/article/warming-could-disrupt-atlantic-ocean-current ].

Même avec un scénario plus réaliste, l’applicabilité au monde réel sera entravée par un manque d’observations directes à long terme de la circulation à travers l’Atlantique, dit Gerald Meehl, un climatologue au ‘National Center for Atmospheric Research’, le ‘Centre national de recherche atmosphérique, basé à Boulder, dans le Colorado aux Etats-unis. Les observations peuvent aider à améliorer les simulations, mais de telles données pour le courant de l’Atlantique ne sont pas disponibles « pendant plus d’une décennie ou deux », dit-il.

Connu sous le nom de Circulation méridienne atlantique *, le courant atlantique est un ‘tapis roulant’ colossal. Il transporte l’eau chaude de l’Atlantique Sud vers le nord, le long de la surface de l’océan dans l’Atlantique Nord. Près du Groenland, où le courant fait demi-tour, l’eau froide coule encore et s’écoule vers le sud, en direction de l’Atlantique Sud. Ces deux moitiés de la Circulation méridienne atlantique forment une boucle qui maintient le nord-ouest de l’Europe plus chaud, d’une part, et qui entraîne les précipitations et les pluies à travers la partie tropicale de l’Atlantique, d’autre part.

[* Aussi dénommée « circulation méridienne moyenne » (en anglais MOC, pour ‘Meridional overturning circulation’), encore appelée circulation thermohaline. D’après Wikipéia, « La circulation thermohaline est la circulation océanique grande échelle engendrée par les différences de densité (masse volumique) de l’eau de mer. Ces différences de densité proviennent des écarts de température et de salinité des masses d’eau, d’où le terme de thermo - pour température - et halin - pour salinité. Température, salinité et densité sont reliés par la fonction d’état1 de l’eau de mer. Les eaux refroidies et salées plongent au niveau des hautes latitudes dans l’Atlantique-Nord (Norvège, Groenland, et mer du Labrador) et descendent vers le sud, à des profondeurs comprises entre 1 et 3 km, formant l’eau profonde Nord-Atlantique. La remontée de ses eaux se fait principalement par mélange vertical dans tout l’océan. On estime qu’une molécule d’eau fait ce circuit entier en environ 1 000/1 500 ans. Il existe également des zones de formation d’eau dense dans l’océan Austral, au niveau des mers de Ross et de Weddell2. Dans la réalité, il est difficile de séparer la circulation engendrée par les gradients de densité seuls, des autres sources de mouvement des masses d’eau telle que le vent ou les marées3. Pour étudier cette circulation grande échelle, les scientifiques préfèrent donc utiliser une notion mieux définie : la circulation méridienne de retournement ou MOC pour ’Meridional Overturning Circulation’3. La circulation thermohaline a un impact encore mal estimé aujourd’hui sur le climat… » Article complet à lire sur le site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Circulation_thermohaline ].

[Voir également l’article du CNRS intitulé « La circulation méridienne océanique est-elle aussi stable qu’on le pensait ? » à l’annexe ].

Le changement climatique, causé par le réchauffement planétaire, amène les eaux dans l’Atlantique Nord à devenir moins denses et moins susceptibles de descendre vers les couches profondes. Ce changement ralentit la Circulation méridienne atlantique. Dans de nombreuses simulations climatiques antérieures, la vitesse du courant rebondit. C’est parce que ces simulations montrent incorrectement que l’eau rafraîchie par la pluie coule de l’océan Austral vers l’océan Atlantique. Dans ces simulations, à mesure que la Circulation méridienne atlantique s’affaiblit, cet afflux d’eau douce ralentit et l’Atlantique devient plus salé. Comme l’eau froide, l’eau chargée de sel est plus dense et plus susceptible de s’enfoncer dans les couches profondes, ce qui aide la Circulation méridienne atlantique à récupérer.

Mais les observations océaniques montrent que l’eau douce coule de l’Atlantique vers l’océan Austral, et non l’inverse. Wei Liu et ses collègues ont mis à jour la simulation existante en corrigeant manuellement le sens du flux. Après avoir doublé les concentrations de CO2 dans la simulation, par rapport aux niveaux de 1990, les chercheurs ont découvert que l’Atlantique Nord est réchauffé et que la Circulation méridienne atlantique se ralentit. Avec moins d’eau chaude qui se déplace vers le nord, les pays bénéficiant actuellement de la Circulation méridienne atlantique, comme l’Angleterre et l’Islande, se refroidissent même en tenant compte du réchauffement causè par les gaz à effet de serre à cause du CO2 qui est ajouté.

Les chercheurs ont également constaté que, comme la Circulation méridienne atlantique se ralentit, moins d’eau douce passe de l’Atlantique vers l’océan Austral. Cela a diminué la salinité des eaux de l’Atlantique, affaiblissant et finalement causant un effondrement de la Circulation méridienne atlantique. Les chercheurs ont trouvé avec la même simulation, mais sans le changement de direction de l’’écoulement, que le courant n’est pas perturbé. L’eau provenant du rétrécissement de la glace du Groenland par la fonte, peut également refroidir les eaux de l’Atlantique, supprimant ainsi la Circulation méridienne atlantique, bien que les chercheurs n’aient pas encore examiné cet effet.

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Citations

W. Liu et al. Overlooked possibility of a collapsed Atlantic Meridional Overturning Circulation in warming climate. Science Advances. Published online January 4, 2017. doi : 10.1126/sciadv.1601666.

Autres lectures - Further Reading

T. Sumner. Human CO2emissions put Arctic on track to be ice-free by 2050. Science News. Vol. 190, December 10, 2016, p. 15.

T. Sumner. Changing climate : 10 years afterAn Inconvenient Truth. Science News. Vol. 189, April 16, 2016, p. 22.

H. Thompson. Great Barrier Reef acidification predictions get worse. Science News Online, February 23, 2016.

T. Sumner. Ocean heating doubles. Science News. Vol. 189, February 20, 2016, p. 18.

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Annexe

La circulation méridienne océanique est-elle aussi stable qu’on le pensait ?

Vendredi, 4 octobre 2013 – Document CNRS.

Tous les modèles climatiques prévoyant dans le futur une augmentation des précipitations et de la fonte de la calotte Groenlandaise, quel impact cet apport d’eau douce dans l’Atlantique Nord subpolaire va-t-il réellement avoir sur la circulation méridienne moyenne (MOC) ? Pour répondre à cette question, des chercheurs du Laboratoire de physique des océans (LPO/IUEM, CNRS / IRD / Ifremer / UBO), en collaboration avec des partenaires(1) français, allemands et anglais du consortium DRAKKAR, ont effectué un travail sans précédent en réalisant un ensemble de quatre simulations de l’océan global à très haute résolution spatiale.

Leurs résultats, qui sont en accord avec les estimations basées sur les observations et ré-analyses océaniques, suggèrent que la MOC pourrait ralentir brutalement et non pas de manière progressive comme le prévoient les simulations climatiques. Il semble donc que les prévisions du climat futur pourraient être notablement différentes si leurs composantes océaniques avaient une résolution spatiale plus fine.

Une des composantes essentielles du climat terrestre est la circulation méridienne moyenne (MOC, pour Meridional overturning circulation), encore appelée circulation thermohaline. La MOC contribue à transporter les eaux chaudes de surface de l’océan Atlantique des tropiques vers le pôle Nord, sous l’effet notamment du contraste de température des eaux de surface de cet océan (l’eau de surface étant plus chaude à l’équateur qu’aux pôles).

Là, elles se mélangent avec les eaux froides environnantes, lesquelles circulent, en profondeur, de l’Atlantique Nord vers l’équateur et les autres bassins océaniques. Une des caractéristiques majeures de la MOC est la densification des masses d’eau de surface dans l’Atlantique Nord subpolaire, qui se produit par refroidissement (lorsque les eaux de surface sont plus chaudes que l’atmosphère en hiver) et par mélange convectif, la MOC étant d’autant plus forte que ces masses eaux sont denses, et inversement.

Les fluctuations de la MOC intéressent beaucoup les scientifiques car elles pourraient avoir provoqué dans le passé des alternances climatiques, la MOC était forte (un état dit ’on’) durant les périodes tempérées et faible (un état dit ’off’) durant les périodes glaciaires, en particulier pendant les 30 000 dernières années.

Ces fluctuations sont liées aux variations de salinité des eaux de surface de l’Atlantique Nord : un surplus d’eau douce allège les masses d’eau en surface et stabilise la stratification des eaux, ce qui diminue la formation d’eau dense et ralentit la MOC (et inversement).

Ce ralentissement est-il progressif ? Cela dépend si la MOC se trouve dans le régime mono-stable ’on’ ou dans le régime dit ‘bi-stable’, dans lequel les deux états de la MOC coexistent statistiquement.

En effet, lorsque la MOC est dans le régime bi-stable, elle transporte, au niveau où l’Atlantique rejoint l’océan Austral à 30°S, de l’eau plus salée que la moyenne mondiale vers le nord et de l’eau moins salée que la moyenne mondiale vers le sud, le bilan net étant donc un transport d’eau douce vers le sud.

Si un ralentissement de la MOC survient, ces deux transports diminuent, contribuant à augmenter la quantité d’eau douce dans l’Atlantique Nord et donc à accentuer le ralentissement de la MOC.

On parle de boucle de rétroaction positive, une condition qui rend possible un changement brutal de la MOC. À l’inverse, si la MOC est dans un régime mono-stable, le transport net d’eau douce dans l’Atlantique Sud est orienté vers le nord et la boucle de rétroaction est négative ce qui a tendance à stabiliser la MOC.

Toutes les simulations du climat futur réalisées avec différents modèles (GIEC 2007) prévoient une augmentation des précipitations et de la fonte de la calotte Groenlandaise, c’est-à-dire un apport d’eau douce dans l’Atlantique Nord subpolaire.

Quasi toutes prévoient dans la foulée un ralentissement progressif de la MOC dans les 10 à 50 prochaines années (une seule prévoie une MOC constante), mais aucune ne prévoie de changement abrupt de la MOC dans le siècle à venir, un résultat cohérent avec le fait que dans la plupart de ces modèles, la MOC est dans le régime mono-stable ’on’.

Or, les estimations basées sur les quelques observations disponibles ainsi que les ré-analyses océaniques(2) suggèrent que la MOC actuelle est dans le régime bi-stable. Alors, qu’en est-il vraiment du régime de stabilité actuel de la MOC ?

Pour notamment tenter de répondre à cette question, une équipe internationale(1) a réalisé, dans le cadre du consortium DRAKKAR(3), quatre simulations de l’océan global, forcées par des ré-analyses atmosphériques, à l’aide de la plateforme de modélisation haute résolution NEMO(4), dont la maille élémentaire de 1/12° (soit moins de 10 km) permet de reproduire la dynamique des tourbillons océaniques, ce que les modèles à maille plus large comme les modèles climatiques ne peuvent faire.

C’est la première fois qu’un travail de si grande ampleur était accompli. L’analyse de chacune de ces 4 simulations indique que la MOC exporte de l’eau douce vers le sud, ce qui implique qu’elle est dans le régime bi-stable, un résultat qui est en accord avec les observations et les ré-analyses océaniques et qui rend possible un changement abrupt de la MOC dans le futur.

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Distribution moyenne en salinité et position des branches supérieure et inférieure de la MOC dans l’Atlantique Sud. La branche supérieure (flèche rouge) transporte vers le nord des masses d’eau subtropicale salée (en vert) et de l’eau Antarctique intermédiaire moins salée (en violet). La branche inférieure transporte vers le sud de l’eau Antarctique intermédiaire et de l’eau formée en Atlantique Nord (en blanc, proche de la salinité moyenne mondiale 35.0 psu).

Le fait que ces 4 simulations indépendantes(5) aient fourni des résultats semblables a permis aux chercheurs de confirmer la robustesse de ces résultats, et ce malgré les incertitudes sur les conditions atmosphériques (en particulier l’évaporation et les précipitations) et sur les paramètres du modèle d’océan (viscosité, friction latérale, diffusivité…).

Par ailleurs, les chercheurs ont également réalisé deux simulations jumelles de plus basse résolution spatiale (1/4°) (même modèle avec adaptation de certains paramètres au changement de résolution) dont l’analyse montre qu’elles sont moins réalistes : elles reproduisent mal les courants de bord ouest (comme le Gulf Stream) qui jouent un rôle clé pour la MOC et elles ne simulent pas explicitement les tourbillons océaniques. Il en résulte des biais moyens sur la structure verticale et l’intensité de la MOC, qui réduisent le transport net d’eau douce vers le sud (à 30°S) par la MOC et ainsi amplifient la stabilité de la MOC.

Ces premières simulations à haute résolution ont permis aux chercheurs de confirmer que la MOC est d’autant mieux simulée que la maille du modèle océanique utilisé est fine et de montrer que les modèles climatiques pourraient de ce fait surestimer la stabilité de la MOC actuelle et donc du climat futur.

En conséquence, les scientifiques du projet DRAKKAR soulignent la nécessité d’augmenter la résolution des composantes océaniques des modèles climatiques. Ils insistent également sur le besoin d’acquérir plus d’observations directes de la circulation dans l’Atlantique Sud, pour mieux valider les simulations des modèles d’océan et du climat.

Note(s) : 

• Ces partenaires sont les suivants : Laboratoire de Physique des Océans (LPO/IUEM, CNRS / IRD / Ifremer / UBO), Laboratoire de glaciologie et géophysique de l’environnement (LGGE/OSUG, CNRS / UJF), Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels (LEGI, Institut polytechnique de Grenoble, CNRS, UJF), MERCATOR Océan, Laboratoire d’océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN/IPSL, UPMC / CNRS / IRD / MNHN), GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel (Germany) et National oceanography centre (Southampton, UK)
• Une ré-analyse océanique consiste à injecter les observations historiques dans un modèle océanique afin de reconstruire l’ensemble de l’historique de l’océan global.
• DRAKKAR est une coordination européenne des efforts de modélisation réaliste de l’océan global avec le système NEMO. En France, DRAKKAR est soutenu par le CNRS-INSU, Mercator Océan, le CNES, Ifremer et GENCI (les simulations françaises de ce travail ont été réalisées au CINES).
• NEMO est une plateforme de modélisation des océans, soutenue par le CNRS, Mercator Océan et des partenaires européens.
• Ces simulations différaient par les conditions atmosphériques et/ou les paramètres du modèle utilisés.
  Source(s) : Oceanic hindcast simulations at high resolution suggest that the Atlantic MOC is bistable, Julie Deshayes, Anne-Marie Tréguier, Bernard Barnier, Albanne Lecointre, Julien Le Sommer, Jean-Marc Molines, Thierry Penduff, Romain Bourdallé-Badie, Yann Drillet, Gilles Garric, Rachid Benshila, Gurvan Madec, Arne Biastoch, Claus Böning, Markus Scheinert, Andrew Coward, Joël Hirschi. Geophysical Research Letters, 28 juin 2013. DOI : 10.1002/grl.50534.

Contact(s) : Julie Deshayes, LPO et ICEMASA julie.deshayes@ifremer.fr – La reprise des actualités du site est autorisée avec la mention ’Source : Actualités du CNRS-INSU’ et un lien pointant sur la page correspondante. Source : http://www.insu.cnrs.fr/node/4535

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Traduction, compléments entre […], ajout d’un article du CNRS et intégration de liens hypertextes par Jacques HALLARD, Ingénieur CNAM, consultant indépendant – 08/022017

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Fichier : ISIAS Climat Warming could disrupt Atlantic Ocean current French version.2

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