MODÉLISATION ET PRÉVISION OCÉANOGRAPHIQUES

L'océan dans les scénarios climatiques

Comprendre le rôle joué par l'océan dans le climat est un objectif important de l'océanographie, surtout depuis que nous avons pris conscience de l'impact de l'homme sur l’environnement. Pour appréhender l'ampleur des perturbations climatiques des prochains siècles, il est nécessaire de déterminer les mécanismes de variabilité qui se manifestent spontanément au sein du système océan-atmosphère (variabilité naturelle du système) pour les différencier des réactions de ce système à différentes perturbations d’origine anthropique.

L'étude des paléoclimats permet de montrer que la Terre a connu des changements climatiques importants au cours de son histoire. Les variations lentes de l'orbite terrestre autour du Soleil, qui ont modifié les conditions d'ensoleillement, sont tenues pour responsables de la succession de cycles glaciaires et interglaciaires (100 000 ans). Certaines variations climatiques de plus courte durée (43 000 ans, 23 000 ans, 19 000 ans) peuvent également être interprétées en matière de modifications de paramètres orbitaux. Cependant les variations d'ensoleillement sont faibles et doivent être renforcées par des phénomènes propres au système terrestre pour que le climat soit modifié. Il y a vingt mille ans, le nord de l'Europe était recouvert de glaciers, et le niveau des mers était très bas. L'analyse des données paléoclimatiques montre que cette configuration du climat était associée à des modifications profondes de la circulation océanique. En effet, la formation de l'eau profonde nord-atlantique (EPNA) dans les océans arctique et subarctique, qui envahit ensuite tout l'Atlantique nord en circulant entre 2 000 et 4 000 mètres de profondeur, était ralentie, voire bloquée. Comment prendre en compte de tels processus dans une simulation numérique ?

La difficulté de l'équilibre de la circulation océanique ne provient pas tant de la nature des perturbations que de la vitesse à laquelle le système développe des contre-réactions. De nombreux phénomènes sont des processus à seuil dont le contrôle est délicat. Prenons l'exemple de la convection qui crée l'EPNA. Ce processus est associé au flux des eaux chaudes et salées dont l'effet est très bénéfique pour le climat européen (le climat de Paris est en effet beaucoup plus tempéré que celui de New York bien que Paris soit située sur la latitude de 10 degrés plus au nord). Les eaux chaudes et salées de surface circulent des tropiques vers le pôle Nord, contribuant ainsi à transporter la chaleur vers ce pôle, alors que l'EPNA conduit en profondeur le froid vers l'équateur. Cette circulation, dite thermohaline, dépend elle-même des conditions rigoureuses des régions arctiques et subarctiques. Sous l'effet du refroidissement et de la congélation, l'eau devient plus froide et plus salée ; elle s'alourdit et plonge au sein de l'océan.

Les modèles de la circulation océanique montrent qu'il s'agit d'un processus fragile. Un excès de flux d'eau douce (créé, par exemple, par des décharges massives de fleuves et la fonte de glace continentale) peut diminuer et même interrompre la formation de l'EPNA, ce qui ralentit le transport méridien de chaleur et peut entraîner un refroidissement intense de l'Europe. Des modèles suggèrent également que le système peut évoluer entre plusieurs états d'équilibre, avec formation d'eau profonde dans l'Atlantique nord ou dans le Pacifique nord, ou seulement dans l'hémisphère Sud. La circulation océanique actuelle est entretenue par la formation de l'EPNA et de l'eau de fond en Antarctique (qui circule à plus de 4 000 mètres de profondeur) ; il n'y a pas de formation d'eau profonde dans le Pacifique nord. Selon le[...]