Fonte de l'Antarctique : le niveau des mers montera plus vite que prévu

Sur les côtes de l'Antarctique, les falaises de glace s'écroulent parfois, accélérant la fonte. Ce phénomène est difficilement quantifiable. Un nouveau modèle le prend mieux en compte. Il en conclut que la montée du niveau de la mer sera plus importante que prévu. © meunierd, Shutterstock

À quelle vitesse fondent les inlandsis groenlandais et antarctique ? Cette question n’a pas de réponse précise à l’heure actuelle, tant les phénomènes en jeu sont difficiles à jauger. Les glaciersd’eau douce qui viennent s’étaler à la surface de l'océan sont réchauffés par la mer et par l’air, commencent à fondre, différemment selon la température de l'eau qui les lèche par-dessous. Ils se fragmentent en icebergs, qui s’échappent ou non puis reviennent parfois s’échouer pour un temps sur la côte. Par ailleurs, cet apport d’eau douce et froide modifie les échanges de chaleur et donc les courants au sein de l’océan, mais comment ?

Deux équipes, indépendantes, viennent de publier coup sur coup les résultats de deux études, tout à fait complémentaires. La première a étudié l’effet de la fonte des eaux douces du Groenland et de l’Antarctique sur la circulation océanique, en particulier la fameuse AMOC (Atlantic meridional overturning circulation) et, en retour, l’effet de cette modification sur le climat et sur la fonte des glaciers.

La seconde s’est penchée sur le mécanisme de la fonte en Antarctique, en prenant en compte les phénomènes à l’œuvre au niveau des côtes, avec la fracturation des langues glaciaires, due à la température de l’air, et l’amplitude de la « déglaciation », provoquée par la température de l’eau qui fait fondre le plancher de cette couche de glace. Les deux s’appuient sur des modèles et sur l’étude des paléoclimats.

La couverture glaciaire du Groenland est un vaste sujet d’étude pour les glaciologues du monde entier, qui ne l’observent pas que par l’intermédiaire des satellites. Sur place, ils analysent les mouvements de ces glaciers géants et entremêlés, ainsi que les phénomènes de fonte en surface mais aussi en profondeur, là où le glacier est en contact avec la roche. © Euronews, YouTube

L'apport d'eau douce va modifier les échanges thermiques

Les résultats convergent et, même, en quelque sorte, s’additionnent. Parue dans la revue Atmospheric Chemistry and Physics, la première étude avance que la fonte des glaces antarctiques va refroidir l’océan Austral, particulièrement dans sa partie ouest. Cette eau douce, plus légère que l’eau salée, va rester en surface, expliquent les auteurs, et empêcher la remontée des eaux plus profondes et un peu plus chaudes mais plus salées. Cette chaleur, qui se serait dégagée dans l’atmosphère, restera à faible profondeur. Près des côtes antarctiques, elle réchauffera les langues glaciaires qui fonderont plus vite, largueront davantage d’eau douce froide, etc.

Ce cycle est donc celui d’une rétroaction positive qui accélère d’autant la fonte. Dans l’Atlantique nord, le même phénomène se mettrait en place, avec comme conséquence un refroidissement des eaux en mer de Norvège. La conséquence serait un affaiblissement de l’AMOC, et donc des mouvements verticaux de l’eau. L’analyse se fonde sur des modélisations mais aussi sur les observations concernant l’Éémien, une période interglaciaire (de -131.000 à -114.000 ans) où le niveau des mers a considérablement monté.

La transposition à notre époque conduit les auteurs à prédire une augmentation de l’apport d’eau douce. Sur la période 2003-2015, ces entrées atteignent 360 millions de tonnes par an en Atlantique nord et dans l’océan Austral, ce qui représente une hausse du niveau des océans de 1 mm. Pour les auteurs, l’augmentation de ce flux serait plus proche d’une exponentielle que d’une droite et le rythme actuel de doublement se situerait entre 10 et 40 ans. Cela conduirait à une hausse du niveau de la mer de plusieurs mètres, que les auteurs ne précisent pas mais qui serait supérieure aux prévisions actuelles du Giec. Et ce n’est pas tout : ces différences de températures plus marquées en surface conduiraient à des tempêtes plus violentes, comme en témoignent les études géologiques de l’Éémien.

Ces blocs de pierre agglutinés datent de l'Éémien et ont été transportés par les vagues. Ce genre d'observation donne des indications sur la puissance des tempêtes des époques anciennes. © Hansen et al.

Une montée des eaux de « 15 m en 2500 »

Quant à la seconde étude, elle se concentre sur la fonte des glaciers antarctiques de façon plus réaliste que les méthodes utilisées jusque-là. « [Elle utilise] une approche de modélisation qui prend en compte les facteurs de déglaciation liés à la fonte des langues de glace flottante (température océanique) et à l'effondrement des "falaises de glace" (température atmosphérique) », commente Valérie Masson-Delmotte, climatologue et également coauteure de la première étude. La modélisation s’appuie elle aussi sur les paléoclimats de deux époques, la dernière période glaciaireet le Pliocène (il y a environ trois millions d’années).

La conclusion est, là aussi, un effet non linéaire. Si le réchauffement de l’atmosphère atteint ou dépasse 3 °C d’ici 2100, la déglaciation des langues glaciaires de l’Antarctique serait nettement accélérée à partir de 2050. Ce continent austral contribuerait alors de 50 cm à 1 m à la hausse du niveau des mers à l’horizon 2100. L’effet continuerait de s’amplifier ensuite, conduisant les siècles suivants à une hausse de 5 m ou plus : « 15 m en 2500 », annoncent Robert M. DeConto et David Pollard, les deux auteurs de cette étude parue dans Nature.

Tout à fait distincts l’une de l’autre, ces deux travaux concluent, pour des raisons différentes, à une accélération de la fonte des eaux douces de l’inlandsis antarctique. Leurs résultats attendent d’être confirmés mais ils donnent déjà des pistes, dans la paléoclimatologie notamment. Les glaciers de l’Antarctique feront encore parler d’eux.

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Le niveau des mers augmente à une vitesse moyenne de 3,3 mm par an et pourrait, selon certains experts, augmenter de plusieurs mètres dans un futur lointain. Afin de comprendre ce phénomène, CLS, une filière du Cnes, effectue par satellite de nombreuses observations que nous vous invitons à découvrir ici en vidéo.

En Méditerranée, sardines et anchois

vont mal : pourquoi ?

Pourquoi les anchois et sardines de Méditerranée maigrissent-ils ? Ici, des sardines. © Paul Cowell, Shutterstock

Qu’arrive-t-il aux anchois et aux sardines de Méditerranée, en particulier dans le golfe du Lion ? C’est la question que les pêcheurs ont posée devant la baisse drastique de leurs captures au fil des ans. L’enquête a été confiée aux fins limiers du Marbec (Marine Biodiversity, Exploitation and Conservation), une unité de recherche réunissant l’IRD, l’Ifremer, l’université de Montpellier et le CNRS).

Durant trois ans, durant des campagnes d’un mois, les populations de poissons ont été suivies en mer, au sonar, et sondées par des chalutages, pour suivre les fluctuations des stocks. Les résultats de cette étude baptisée EcoPelGol (pour écologie des petits poissons pélagiques du golfe du Lion) ont de quoi inquiéter, qui vient de se terminer. « À l’origine, les pêcheries ont constaté une baisse des captures, en tonnes, raconte Claire Saraux, chercheuse à l’Ifremer de Sète et coordinatrice du projet EcoPelGol. Il y avait pourtant, en nombre d’individus, autant de poissons qu’avant, voire plus. Mais deux phénomènes s’additionnent : ils sont plus jeunes, donc plus petits [car les poissons grossissent toute leur vie, NDLR], et ils sont moins gros. » L’effet n’est pas mince : la comparaison avec des études précédentes a montré que la biomasse en Méditerranée a été divisée par trois en dix ans. « Pour les sardines, on est passé de 200.000 tonnes à 67.000 tonnes, et de 100.000 à 30.000 pour les anchois. »

Ailleurs dans le monde, les populations de ces deux espèces varient d’une année sur l’autre, notamment en Afrique du Sud et au Pérou. Ces fluctuations sont connues et dues, rappelle la chercheuse, à la diminution du « recrutement », c’est-à-dire, au sens que les écologistes donnent à ce mot, à l’arrivée de nouveaux individus dans les populations (par les naissances essentiellement). « Mais ici, ce n’est pas le cas. »

De 2009 à 2013, l'expédition Tara Oceans a collecté 35.000 échantillons autour du Globe pour étudier le plancton. Cet ensemble d’organismes, végétaux et animaux, dérivant au gré des courants, est la base de la chaîne alimentaire des mers. Leurs tailles sont très variables et de nombreux animaux y trouvent les proies qui leur conviennent. Ces écosystèmes, pourtant, ne sont qu’imparfaitement connus. © G. Bounaud, C. Sardet, SoixanteSeize, Tara Expeditions

Le plancton serait moins nourrissant

Comment expliquer ces deux effets : moins de vieux poissons et des poids individuels plus faible, même à taille égale ? « Nous avons envisagé toutes les causes possibles : la surpêche, la prédation, des maladies et l’alimentation » Les deux premières ont été exclues pour les même raisons : pêcheurs et thons rouges (les principaux prédateurs) ne prélèvent que de faibles quantités par rapport aux stocks et ni les uns ni les autres ne choisissent préférentiellement les plus gros poissons. Les biologistes ont donc traqué les parasites.

« Nous avons cherché tout ce qui est possible : virus, bactéries et parasites. Et nous en avons trouvés mais on ne sait pas si cela peut expliquer la mortalité des poissons âgés ou leur maigreur. En fait, cela nous semble peu probable. » Et de souligner que lorsqu'on cherche des parasites, on en trouve toujours… L’équipe laisse cependant un point d’interrogation sur une coccidie (un organisme unicellulaire), qui reste à étudier plus finement. Le principal suspect est l’alimentation.

Car les poissons, on l’a dit, sont plus maigres. Quel que soit l’âge, les réserves de graisse sont plus faibles. Les chercheurs ont braqué leurs projecteurs sur le plancton et, plus précisément, sur le met préféré des anchois et des sardines : les copépodes. Ces minuscules crustacés, cyclopes, sans branchies et nageant à l’aide de leur paire d’antennes, semblent modestes. Pourtant, présents dans toutes les mers du Globe, ainsi qu’en eau douce, ils représentent souvent l’essentiel du plancton, en masse ou en nombre d’individus, et il en existe un nombre d’espèces colossal (au moins 10.000).

La diversité des copépodes, petits crustacés omniprésents parmi le plancton des océans et des eaux douces, a toujours fasciné les biologistes, comme le montre cette planche de Ernst Haeckel, dessinée en 1904. © Domaine public

Qu'arrive-t-il aux copépodes ?

C’est là que s’est produit le changement, selon l’étude EcoPelGol. « Les populations de copépodes ont changé depuis les années 1990. Aujourd’hui, les espèces dominantes sont plus petites ». Anchois et sardines ont donc moins à manger, et disposent de moins d’énergie pour leurs deux grandes occupations : grossir et se reproduire. « Les animaux ont deux stratégies dans ce cas : soit ils remettent la reproduction à plus tard, soit, à l’inverse, ils la privilégient, quitte à moins grossir et à mourir plus tôt. En général, les espèces à vie courte adoptent la seconde. C’est le cas des sardines et des anchois. D’ailleurs, on voit qu’ils se reproduisent plus jeunes qu’avant. »

Et pourquoi les copépodes sont-ils plus petits ? L’étude ne va pas jusque-là pour l’instant. Il faudra observer plus finement le plancton de Méditerranée et corréler ces résultats avec d’autres campagnes. Toutes les hypothèses sont sur la table, du réchauffement de l’eau jusqu’à la pollution par les eaux du Rhône. « Notez bien, tempère Claire Saraux, que cette modification du plancton désavantage les anchois et les sardines, mais qu’elle peut avantager d’autres espèces, qui préfèrent les copépodes plus petits. » Reste que l’on aimerait savoir ce qui arrive au plancton méditerranéen, à la base de toute la chaîne trophique.

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Cet épisode des Chroniques du Plancton nous emmène à la rencontre de la biodiversité planctonique de la Côte d’Azur. On y découvre un monde d’organismes aux formes et couleurs étranges. Dirigée par Christian Sardet, directeur de recherche au CNRS, cette collection vidéo nous offre un voyage en vidéo aux côtés de ces animaux omniprésents dans l'océan.

Le réchauffement climatique risque

d’allonger les vols transatlantiques

Au cours des prochaines décennies, les avions de ligne devraient consommer un peu plus de carburant, en moyenne, lors des liaisons transatlantiques entre l'Europe et l'Amérique du Nord. © IM_photo, Sutterstock

Paul Williams, de l’université de Reading (Royaume-Uni), a étudié l’incidence d’une augmentation du taux de gaz carbonique dans l’atmosphère sur les vents d’altitude dont savent profiter les compagnies aériennes pour les vols transatlantiques. Soufflant d’ouest en est, ces « jet-streams » réduisent le temps de trajet vers l’Europe mais l’augmentent dans l’autre sens. Actuellement, cesdurées sont, respectivement, de moins de 5 heures et demie avec un vent fort (qui aide) et de 7 heures avec un fort vent de face, la durée sans vent (théorique) étant d'environ 6 heures. Des modifications dans les températures devraient changer ces grands mouvements d’air et Paul Williams a nourri un modèle climatique (GFDL CM2.1) avec un doublement du CO₂ par rapport à l’ère préindustrielle, une teneur qui devrait être atteinte au cours de ce siècle, explique-t-il.

Le chercheur a alors calculé les effets sur les vols sur une période de vingt ans, pour tenir compte des effets saisonniers, car les vents d’hiver ne sont pas ceux de l’été et parce qu’ils varient d’une année sur l’autre. Les routes envisagées sont celles actuellement suivies par les avions entre Londres et New York. Le calcul, soigneux, est détaillé dans la publication de la revue Environmental Research Letters et résumé dans le communiqué de l’université Reading.

Les vents au-dessus de l'Atlantique à l'altitude des vols commerciaux, avec leurs directions (les petites flèches bleues) et la vitesse (indiquée par la couleur, avec les valeurs, à droite, en m/s). En haut, la situation à l'ère préindustrielle, reconstituée par les modèles, et, en bas, dans l'avenir, quand la concentration en gaz carbonique sera deux fois plus élevée (par rapport à l'ère préindustrielle). Les lignes noires montrent le trajet des avions qui suivent une loxodromie (la route la plus courte) entre l'aéroport Heathrow, à Londres (LHR) et l'aéroport JFK, à New York. © Paul Williams, Environmental Research Letters

L'aller-retour Paris New York sera en moyenne

plus long

Conclusion : les vols vers l’est seront en moyenne raccourcis de 4 mn et les voyages vers l’ouest allongés de 5 mn 18 s, soit, pour l’aller-retour, une augmentation de 1 mn 18. À l’avenir, les vols vers l’Amérique auront deux plus fois de chance de dépasser 7 heures et, dans l’autre sens, deux fois plus de chances de descendre en dessous de 5 h 20. Cette durée est le record actuel, enregistré le 8 janvier 2015. Le bilan global sur l’aller-et-retour, calcule Paul Williams, est une augmentation de 2.000 heures de vol chaque année. Pour qui se demanderait pourquoi un vent de face à l’aller n’est pas contrebalancé par le même vent, arrière donc, pour le vol de retour, voir le petit exercice d’arithmétique à la fin de cet article.

Cette augmentation de la durée des vols transatlantiques conduirait, à activité aérienne constante, à une consommation plus élevée d’environ 21.000 tonnes de carburant. L'auteur en déduit un supplément annuel d’émission de CO₂ de 70.000 tonnes, sur la base de 2,53 kg de CO₂ par litre de kérosène (pour une densité de 0,779 kg par litre). Ce qui représente, toujours selon le calcul de Paul Williams, les émissions de 7.100 foyers britanniques. Le chercheur a aussi multiplié par le tarif actuel du carburant et parvient à une note augmentée d’environ 20 millions d’euros. Ce genre de calcul, explique-t-il, devrait être fait sur d’autres trajets aériens fréquentés.

En 2013, le même auteur avait déjà étudié les effets d'un réchauffement climatique sur les vols transatlantiques et, comme nous le relations alors, il avait conclu que les avions subiront davantage de turbulences, du moins pendant plus longtemps : entre 7 et 14 minutes de plus sur un vol en hiver.

Petit exercice de calcul de temps de vol

Soit un avion dont la vitesse de croisière est de 150 km/h qui doit atteindre une destination située à 1.000 km et en revenir.

1. Calculer le temps de trajet aller-retour sans vent.
2. Calculer le temps à l’aller avec un vent de face de 50 km/h. Calculer le temps pour le retour avec un vent arrière de 50 km/h. Additionner les deux pour obtenir la durée totale des deux vols. Comparer avec le résultat 1.

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La concentration de gaz à effet de serre n’a jamais autant augmenté que ces quinze dernières années. Malgré les engagements pris par de nombreux pays, aucune solution concrète ne semble émerger. Le Cnes a rencontré Jean Jouzel, climatologue de renom, afin d’en savoir plus.

Alex, un ouragan rarissime observé

depuis l'espace

L’ouragan Alex, le premier à se former dans l’Atlantique nord en janvier depuis 1938, photographié le 15 janvier 2016 par le satellite Suomi-NPP. © Nasa, NOAA, Jeff Schmaltz

Alors que le président de la République était en visite d’état en Inde, la coopération spatiale franco-indienne a pu mettre en lumière la naissance de l’ouragan Alex vers la mi-janvier 2016. L’image présentée ci-dessous localise, en couleur, les différentes densités en vapeur d’eau mesurées parMegha-Tropiques dans l’atmosphère, le 13 janvier 2016. Lancé en 2011, le satellite franco-indien a une orbite bien particulière : il ne survole que les zones intertropicales, là où naissent les phénomènes météorologiques les plus intenses de la planète. Trois à cinq fois par jour, il observe les densités de vapeur d’eau dans l’atmosphère avec une résolution de 10 kilomètres.

Le phénomène d’enroulement de masses nuageuses autour d’un œil central observé en haut à gauche est Alex ! À cette date, le phénomène météorologique n’était pas encore catégorisé comme ouragan. Il le sera le lendemain, lorsque les vents ont été estimés à 140 km/h par le Centre national des ouragans (NHC).

Différentes densité de la vapeur d’eau : les zones les moins humides sont en rouge et les plus denses sont en bleu. © Cnes, Isro, Aeris

Ouragan un seul jour

Selon le communiqué de la Nasa, Alex est devenu alors le premier ouragan à se former en Atlantique nord au cours d’un mois de janvier depuis 1938. La saison des ouragans se déroule d’ordinaire de juin à fin novembre. À noter qu’il n’aura été un « ouragan » qu’un seul jour. Le 15 janvier 2016, il était déjà rétrogradé en tempête tropicale, au grand soulagement des habitants des Açores (visible tout en haut et au centre de l’image). L’archipel s’était en effet préparé à l’arrivée du cyclone en fermant écoles et services publics sur certaines de ses îles.

Le 29 août 2015, Megha-Tropiques avait également observé un phénomène météorologique hors-norme : la formation simultanée de trois ouragans majeurs dans le Pacifique. « Selon les experts, trois ouragans simultanés étaient quelque chose de tout à fait inédit. Ce qui a aussi été exceptionnel, c’est de les capturer sur une seule et même orbite de Megha-Tropiques autour de la Terre ! » a déclaré Michel Dejus, responsable du projet Megha-Tropiques au Cnes.

À découvrir en vidéo autour de ce sujet :

L'ouragan Sandy, né dans les Caraïbes, s'est propagé jusqu'au nord-est des États-Unis et devrait mourir au Québec. L'animation de la trajectoire de Sandy est réalisée à partir des données satellite issues du projet Goes de la Nasa. © Nasa

Hausse du niveau des océans : pourquoi

le modèle serait à revoir

En Polynésie (ici Moorea vue de Tahiti), la hausse du niveau de l'océan aurait atteint 3,3 mm/an depuis 1950, soit plus que la hausse globale, selon une étude parue en 2015. © Daniel Chodusov, Flickr, CC by nd 2.0

À quel rythme monte le niveau de la mer ? Entre 2,4 et 2,8 millimètres par an depuis le début des années 2000, expliquent différentes études, que l’on trouvera résumées dans un tableau publié ici. C’est ce qu’expliquent des chercheurs allemands qui ont « revisité », pour reprendre l’expression utilisée dans le titre de leur article publié dans les Pnas, les résultats de mesures effectuées entre 2002 et 2014. Ces climatologues (de l’université de Bonn, de l’institut Wegener et du centre de Géosciences GFZ) ont épluché les données des satellites Grace, Jason-1 et Jason-3. La mission de gravimétrie Grace (Gravity Recovery And Climate Experiment ), avec deux engins qui se suivent, mesure précisément la gravité terrestre, qui, au-dessus des océans, dépend notamment de la hauteur d’eau. Les satellites Jason, eux, déterminent directement le niveau de la mer (c’est de l’altimétrie).

Surtout, l’équipe a réévalué les contributions de différents phénomènes liés au climat global qui font fluctuer le volume de l’océan mondial (voir notre dossier Les variations du niveau de la mer) :

• L’effet stérique : quand la température de l’eau monte, sa densité diminue et le volume augmente ;
• L’hydrologie : c’est le bilan de l’évaporation, des précipitations et de l’apport des cours d’eau ;
• La contribution des glaciers et de la fonte des inlandsis : les couvertures glaciaires de l’Antarctique et du Groenland produisent des icebergs ;
• Les effets régionaux : la surface de l’océan mondial est loin d’être une sphère lisse. Il y a des creux et des bosses, ce qui impose de réaliser des mesures nombreuses et de les moyenner.

L'inégalité devant la hausse du niveau de l'océan mondial, exprimée ici en nombre de personnes touchées, sur la base des populations par pays en 2010, pour, à long terme, un réchauffement stabilisé à +2°C ou +4 °C par rapport à l'ère préindustrielle. © Idé

La hausse du niveau de la mer n'est pas partout identique

Selon eux, la hausse globale de l’océan mondial serait, entre 2002 et 2014, de 2,74 ± 0,58 mm/an. Leurs calculs les amènent surtout à une estimation bien plus forte de l’effet stérique, donc de l’influence directe du réchauffement sur la densité de l’eau, en surface ou plus profondément.

Voilà le détail :

• Effet stérique : 1,38 ± 0,16 mm/an, alors que les estimations des modèles et des mesures de salinité et de températures (qui influent sur la densité) indiquaient entre 0,66 ± 0,2 et 0,94 ± 0,1 mm/an ;
• Glaciers et inlandsis : 1,37 ± 0,09 mm/ an ;
• Hydrologie : −0,29 ± 0,26 mm/an, donc un effet global qui fait diminuer le niveau.

L'effet stérique est donc, selon cette étude, nettement plus influent que ce qui est habituellement considéré. On remarque que le total ne fait pas 2,74 car il reste d’autres effets et, surtout, des variations régionales importantes. Ainsi, le record est atteint près des Philippines avec 14,7 ± 4,39 mm/an. C’est l’effet stérique qui domine largement, représentant 11,2 mm (± 3,58), comme en Indonésie, où, affirment les auteurs allemands, il intervient pour 6 mm/an sur les 8 observés (6,4 ± 3,18 pour 8,3 ± 4,7 mm/an, précisément). Dans l’Atlantique nord-ouest, cet effet stérique ferait monter le niveau de 5,3 ± 2,6 mm/an mais il agirait à l’inverse, dans le Pacifique est, où il abaisse l’océan de 2,8 ± 1,53 mm/an.

Conclusion : tous les pays ne sont pas égaux devant la hausse du niveau des océans. La côte ouest des États-Unis ne voit rien arriver tandis que les Philippines sont très exposées. L’étude montre aussi combien il est important de suivre le plus précisément possible le niveau de la surface des mers depuis des satellites. Dans le communiqué de l’université de Bonn, Roelof Rietbroek, l’un des co-auteurs, souligne que le niveau de la mer semble moins influencé par des phénomènes annexes que la température locale de l’atmosphère. Il serait donc, estime-t-il, un meilleur indicateur de l’évolution du climat que la température globale.

À découvrir en vidéo autour de ce sujet :

Le niveau des mers augmente à une vitesse moyenne de 3,3 mm par an et pourrait, selon certains experts, augmenter de plusieurs mètres dans un futur lointain. Afin de comprendre ce phénomène, CLS, une filière du Cnes, effectue par satellite de nombreuses observations que nous vous invitons à découvrir ici en vidéo.