Un mécanisme d'amplification du changement climatique

Lors des derniers 90 000 ans, des périodes chaudes et froides de quelques milliers d'années ont alterné, entraînant une modification de la circulation océanique globale. A l'aide d'indicateurs paléoclimatiques et paléo-océanographiques, des chercheurs du CEREGE (1) ont mis en évidence un mécanisme de rétroaction de la circulation océanique sur le climat, qui renforce le réchauffement ou le refroidissement. Ce mécanisme repose sur un lien étroit entre la circulation Atlantique Nord et l'hydrologie tropicale de l'Amérique centrale. Ces travaux, publiés dans la revue Nature du 22 févier 2007, doivent permettre de mieux comprendre, et donc de mieux prévoir, les effets du changement climatique sur la circulation océanique.

Dans le passé, les variations climatiques rapides et de grande ampleur qui ont eu lieu notamment pendant la dernière glaciation (périodes de Heinrich) ont perturbé la circulation océanique. Les archives climatiques (sédiments marins et lacustres, glaces polaires, stalagmites), montrent la relation étroite existant entre variations climatiques et circulation océanique. Or, les changements de circulation océanique dans l'Atlantique Nord ont une influence à l'échelle planétaire, en affectant en particulier le cycle de l'eau: ils s'accompagneraient d'un déplacement de l'équateur climatique séparant les systèmes d'alizés des deux hémisphères, vers le sud lors d'événements froids et vers le nord lors d'événements chauds.


L'Amérique centrale, bande continentale étroite séparant l'océan Atlantique de l'océan Pacifique, joue un rôle clé dans ce système. Du côté de l'Atlantique, les eaux de surface s'évaporent, ce qui augmente leur salinité. La vapeur d'eau est transférée par les alizés vers le Pacifique, où elle retombe sous forme de pluie, diminuant la salinité. Cet énorme transfert d'eau (plusieurs centaines de milliers de mètres cube par seconde) maintient un contraste de salinité entre les deux océans. Les eaux de surface de l'Atlantique tropical sont ensuite transportées, via le Gulf Stream, vers les hautes latitudes, où elles réchauffent l'atmosphère, avant de plonger vers les abysses dans des zones de convection situées dans les mers de Norvège, du Groenland et du Labrador. Les eaux profondes ainsi formées vont ensuite se propager dans l'océan mondial, purgeant l'Atlantique Nord d'une partie de son excès en sel.

Les chercheurs du CEREGE ont reconstitué les variations de salinité des eaux de surface, dans la zone de dépôt de la vapeur d'eau provenant de l'Atlantique. Pour cela, ils ont travaillé sur les mesures réalisées dans les sédiments marins prélevés en 2002 à l'ouest de l'Isthme de Panama, par le navire océanographique français Marion Dufresne. Cette étude montre que les périodes froides de Heinrich correspondent à des augmentations de salinité dans la zone Est Pacifique, synonyme d'une réduction du transfert de vapeur d'eau. En comparant leurs résultats à d'autres études réalisées dans le secteur Atlantique et en Amérique du sud, les chercheurs ont mis en évidence un mécanisme de rétroaction qui a amplifié la perturbation climatique. Lors des épisodes froids, les alizés chargés d'humidité ont migré vers le sud ; ne pouvant pas franchir la Cordillère des Andes, une partie des pluies qui normalement adoucissaient le Pacifique Est s'est déposée sur le bassin versant de l'Amazone. Cette rétroaction a eu pour effet de réinjecter les eaux de pluie dans l'Atlantique et de diminuer ainsi la salinité des eaux de cet océan. Ces eaux transportées ensuite vers les hautes latitudes ont donc contribué à l'affaiblissement de la circulation océanique profonde, renforçant encore le refroidissement au-dessus et autour de l'Atlantique Nord.

Aujourd'hui, le fait que le réchauffement climatique pourrait perturber le cycle de l'eau et induire un ralentissement de la circulation Atlantique Nord est un réel sujet d'inquiétude. Les données océanographiques des 50 dernières années suggèrent que des changements hydrographiques (température et salinité) ainsi qu'une diminution du flux d'eau transporté par certains courants marins, en surface et en profondeur, se sont déjà produits en Atlantique Nord. Le risque d'une variation encore plus importante de la circulation océanique à l'échelle de la fin du siècle, ou du début du siècle prochain, doit être pris au sérieux et étudié activement.

(1) Centre européen de recherche et d'enseignement des géosciences de l'environnement (CNRS, Universités Aix-Marseille 3 et 1, IRD et Collège de France).