Le Gulf Stream (en orange et jaune) au large de la côte est des États-Unis (fausses couleurs)
Le Gulf Stream est un courant océanique qui prend sa source entre la Floride et les Bahamas et se dilue dans l'océan Atlantique vers la longitude du Groenland. Son nom est abusivement utilisé pour désigner la dérive nord atlantique, voire l'ensemble de la circulation de surface de l'océan Atlantique Nord.
Il était probablement connu des indiens Séminoles plusieurs siècles avant la découverte de l'Amérique. Dès 1513, lors de la découverte de la Floride, le navigateur Ponce de León remarque que ses navires sont emportés par un important et rapide courant d'eau chaude qui vient de l'actuelle mer des Antilles. Ce n'est qu'en 1770 que Benjamin Franklin, alors responsable de l'administration des Postes fait réaliser une étude approfondie et une cartographie détaillée du Gulf Stream pour améliorer le temps de transport du courrier avec la Grande Bretagne. Il participera lui-même aux études et ce travail aura un tel retentissement qu'il donnera lieu à la légende selon laquelle c'est lui qui l'aurait nommé, voire découvert. En réalité, l'existence du courant est largement connue et acceptée dès 1519 et il est cartographié deux fois avant la fin du XVII siècle.
Gulf Stream et sa circulation dans l'Atlantique nord
Le Gulf Stream est constitué de la fusion du courant de Floride, du courant de Cuba et du courant nord équatorial. Au large de la Floride c'est un véritable fleuve, de 80 à 150 km de large et de 800 à 1200 m de profondeur, qui s'écoule à une vitesse de 2 m/s, et dont les bords sont visibles à l'œil nu. Il longe alors la côte vers le nord jusqu'au cap Hatteras, puis se dirige vers l'est en formant des méandres qui finissent par se détacher du courant principal sous forme de tourbillons qui s'atténuent en plusieurs jours ou quelques semaines. Ces tourbillons sont le principal mécanisme de ralentissement et de dilution du courant.
La limite sud du courant se dilue rapidement dans l'océan dont la température et la salinité sont très peu différentes. Au contraire la limite nord-ouest constitue également la limite sud-est du courant du Labrador, froid et coulant en sens opposé.
Au sud du Groenland on continue à observer des poches d'eaux plus chaudes mais le déplacement de l'eau ne se fait plus vers l'est que statistiquement. Une bouteille jetée à la mer pourra se diriger pendant une journée dans à peu près n'importe quelle direction, en une semaine elle aura changé plusieurs fois de direction mais ce n'est qu'au bout de plusieurs semaines qu'il sera clair que son déplacement moyen se fait vers le nord-est.
Ce courant marin est issu de la différence d'altitude entre la surface des eaux du golfe du Mexique et celle de l'Atlantique. Cette différence de hauteur est elle même due à diverses causes : rotation de la terre, circulation thermohaline, circulation atmosphérique (alizés), configuration de la côte.
Le moteur de la circulation thermohaline est la différence de densité due à la salinité et à la température des eaux. Les eaux arctiques sont plus denses car elles sont plus froides et plus salées. Les eaux atlantiques sont moins denses car elles sont plus chaudes et moins salées. Les premières plongent donc sous les secondes en direction de l'Antarctique, créant une aspiration des eaux atlantiques vers le nord.
En 1855, un lieutenant de marine des États-Unis, Matthew Fontaine Maury, publia The Physical Geography Of The Sea and its Meteorology, ouvrage qui eut un succès retentissant. il y posait l'hypothèse que le Gulf Stream jouait un rôle majeur dans la régulation des températures hivernales de l'Ouest de l'Europe. À partir d'observations faites de part et d'autre de l'Atlantique, l'auteur concluait que le Gulf Stream, seule vraie source de chaleur locale était responsable du climat hivernal européen particulièrement doux.(15°C de plus en moyenne que pour l'Est canadien). Mais ne disposant pas de relevés climatiques précis de haute-mer, l'auteur n'a pas distingué les climats « maritimes » de climats continentaux, en réalité fondamentalement différents.
Selon cette théorie, c'est le Gulf Stream, chaud, qui transférerait en hiver son énergie thermique aux vents d'ouest froids, stabilisant le déséquilibre entre les couches atmosphérique et océanique, dû à un rayonnement solaire diminué. Les deux couches s'équilibreraient, réduisant de la sorte le refroidissement des températures. Cette théorie vieille de plus d'un siècle a été largement diffusée jusque dans les années 1990, dont par les manuels de géographie et les Encyclopédies, sans pourtant jamais avoir été scientifiquement confirmée. On ignore encore l'importance exacte des impacts du Gulf Stream sur le climat européen continental ou océanique, ou sur la formation des nuages.
En fait, le Gulf Stream pourrait jouer un rôle climatique, mais plus complexe et peut-être indirect. Il n'est en tous cas pas seul à expliquer la douceur relative des hivers européens. L'énergie thermique accumulée l'été par le continent eurasiatique, mais surtout par les mers est pour partie restituée l'hiver aux masses d'air poussées par les vents notamment au dessus de l'Atlantique, sans que ces derniers connaissent les perturbations que leur imposent les chaines montagneuses orientées Nord-sud qui bordent les Amériques.
D'autre part, le courant océanique de jet, c'est-à-dire la déviation des vents par la rotation de la Terre, ou force de Coriolis apporte en hiver sur le continent, grâce aux vents d'Ouest dominants, de l'air océanique beaucoup plus doux que l'air continental. Or les vents dominants viennent de l'ouest en Europe et plutôt du Nord pour l'Amérique du Nord.
Une étude publiée en 2002 par Richard Seager (climatologue de l'Université Columbia) étaye par des modèles l'hypothèse que l'effet du Gulf Stream est nettement moins important que l'effet des mouvements atmosphériques. Les simulations de Richard Seager laissent penser que l'écart hivernal de température moyenne observé entre l'Est des États-Unis et l'Ouest européen (à l'exception notable de la Norvège) n'est que peu lié au Gulf Stream, mais plutôt aux sens des vents dominants qui diffèrent : La présence des montagnes rocheuses et la configuration géographique expliqueraient mieux les écarts de température, le vent à l'est des États-Unis venant du nord, tandis que le vent à l'ouest de l'Europe vient de l'ouest. Le Gulf Stream aurait dans les différents modèles testés par R. Seager un effet nettement plus faible, et son arrêt ne changerait rien au fait que l'Amérique du Nord resterait plus froide que l'Europe en hiver. Ses modèles suggèrent un refroidissement de l'ordre de 4,5 à 6 °C aux latitudes moyennes, et de l'ordre de 20°C en Norvège, en cas d'arrêt du transport de chaleur océanique, mais également réparti de part et d'autre de l'Atlantique. Cet effet ne ferait alors, aux latitudes moyennes, que compenser le réchauffement global.
Si un contraste existe entre Paris et Montréal, c’est à cause de la rotation de la Terre qui fait qu’aux latitudes tempérées, les bords Est des océans bénéficient d’un climat océanique : ils sont sous l’influence des vents d’Ouest qui s’établissent entre les anticyclones subtropicaux et les zones dépressionnaires et qui dans leur parcours océanique puisent chaleur et humidité.
On a constaté, grâce à des prélèvements de glace en Antarctique, que le taux de CO2 dans l'atmosphère variait avec les températures. Il oscillait en effet de 180 ppmv lors des glaciations à 280 ppmv en périodes inter-glaciaires (1 ppmv est une partie par million en volume c'est-à-dire 1 cm³ par m³ d'air). Les activités humaines ont récemment porté le taux de CO2 dans l'atmosphère à 370 ppmv, niveau jamais atteint depuis un million d'années. Ce taux augmente de manière accélérée et devient exponentielle, si bien qu'en 2050, il devrait atteindre 700 ppmv, et avoir ainsi doublé. Sans oublier le méthane, issu de la digestion des ruminants et des marais, estuaires et rizières, qui est aussi un puissant gaz à effet de serre, qui augmente également rapidement. Nous savons déjà que la température a augmenté de 0,6°C en 100 ans, à la surface du globe ; et que par dilatation de l'eau chaude le niveau des océans monte.
La fonte des glaciers continentaux ne peut induire de montée quantifiable des océans, mais sur l'Atlantique Nord, l'effet de serre est en train de faire fondre les immenses glaciers de l'Arctique et contribue à l'augmentation de la pluviométrie de l'Atlantique Nord. Ces deux phénomènes réunis sont à l'origine d'un apport d'eau douce sur cette région. Si jamais ce dernier venait à être trop important, comme cela fut le cas au début de la dernière période glaciaire (-11 000 environ avant notre ère : les glaciers fondent en Amérique du Nord, libérant les eaux d’immenses lacs qui refroidissent les courants marins et produisent un refroidissement général du climat terrestre), alors le Gulf Stream pourrait disparaître. En effet, un important apport d'eau douce diminuerait les différences de densité de l'eau entre l'océan arctique et la mer de Norvège. Le lieu de plongée des eaux froides et salées se retrouverait au niveau des Açores ; et le Gulf Stream se replierait sur lui-même n'allant plus au-delà des Açores.
La paléoclimatologie a mis en évidence un couplage fort entre température moyenne de l’hémisphère nord et intensité des courants atlantiques. Reste à identifier finement où sont les causes et les conséquences. Le climat passé a connu des baisses brutales de l'ordre de 5 °C en Atlantique, 10 °C en Europe et 15 °C au Groenland couplées à un ralentissement des courants (dont les traces fossiles sont observées par la sédimentologie). Ces changements apparaissent en seulement quelques décennies, suggèrent une très puissante boucle de rétroaction. Le dernier refroidissement de ce type remonte à 8 200 ans environ, et l’étude des sédiments marins laisse penser que c’est bien un apport massif d'eau douce dans l'Atlantique nord qui aurait interrompu (ou fortement ralenti) la circulation océanique.
Or, pour Martin Visbeck (Institut Leibniz des sciences de la mer, Département d'océanographie physique à Kiel, Allemagne), les courants de l'Atlantique nord pourraient avoir perdu 30 % de leur force d'ici 2100, permettant des hivers plus froids au nord de l'Europe, qui ne masqueraient toutefois pas le réchauffement en cours en Europe. (Sans risque d'un scénario tel que présenté par le film Le Jour d'après par Roland Emmerich, basé sur l'apparition brutale d'un âge glaciaire dans l'hémisphère Nord après l'arrêt du Gulf Stream)
Conséquence sur le froid hivernal. Les simulations de Richard Seager estiment qu'une interruption du Gulf Stream (qui pourrait se produire d'ici 20 ou 200 ans selon certains modèles) n'induirait qu'un changement non significatif ou peu important pour le refroidissement hivernal de l'Europe de l'Ouest par rapport à celui de l'Amérique du Nord.
Conséquences sur les niveaux marins : Le niveau moyen de la mer est actuellement plus élevé d’environ 1 mètre à New York, que sur les côtes européennes, en partie à cause des courants marins. Une réduction de 30 % des courants du nord ouest de l’atlantique impliquerait une baisse du niveau marin en Amérique du nord équilibré par une augmentation d’environ 10 cm en Europe qu’il faut ajouter à l’effet de dilatation et aux apports d’eaux de fonte des glaces.
Effet boomerang sur le réchauffement ? La plongée permanente du courant de dérive nord-Atlantique contribue à annuellement enfouir un milliard de tonnes environ de CO2 atmosphérique dissous dans les eaux de surface de l’Atlantique nord. Ce CO2 pouvant être piégé dans les couches profondes pour des siècles.
Si les courants marins ralentissent, les couches supérieures de la mer s’acidifieront plus rapidement et la mer pourrait moins absorber de CO2, voire en relarguer, et ainsi augmenter les taux atmosphériques de gaz à effet de serre, ce qui augmenterait la température de l’hémisphère nord, ainsi que la fonte des glaciers, et par la suite les apports des eaux douces dans l'Atlantique, ce qui ralentirait encore les courants en produisant un cercle vicieux auto-entretenu.
Reste à étudier si le Gulf Stream a ou non des impacts indirects sur la croissance et répartition du plancton qui peut par ses émissions indirectement influer sur la nucléation de la vapeur d'eau, c'est-à-dire sur la formation de nuages, lesquels ont aussi une importance majeure en terme de régulation climatique.
Par ailleurs, outre les phénomènes d'El Niño et La Niña, d'autres courants interviennent. Thierry Delcroix (Laboratoire d'étude en géophysique et océanographie spatiales) note que le Programme d'Études climatiques de l'océan Pacifique a constaté que les courants équatoriaux intermédiaires profonds (qui véhiculent environ 100 millions de m³ d'eau par seconde) - 300 à - 1200 mètres) avaient changé de sens en 2000.