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Travaux sur les accidents climatiques brutaux et localisés

10786 lectures / 2 commentaires16 novembre 2004, 14 h 08

Au début des années 1990, il était communément admis que le moteur des variations passées du climat était la modulation de l’énergie solaire reçue par notre planète, due aux changements de l’orbite que la Terre décrit autour du soleil (théorie de Milankovitch). La découverte de changements climatiques abrupts au cours de la dernière période glaciaire, en particulier dans le secteur Atlantique nord/Europe, a montré la capacité du système climatique à générer brutalement et spontanément des instabilités de grande amplitude dont l’impact est durable.

Depuis 1993, les chercheurs du groupe “ Climat ” du Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE) ont très largement contribué à mettre en évidence ces variations rapides de la température de l’air en Europe de l’Ouest comme au Groenland, associées à des changements de circulation océanique dans l’Atlantique nord.
L’approche pluridisciplinaire engagée au LSCE a permis de dater ces accidents brutaux et de monter qu’ils peuvent se développer en des temps comparables à ceux d’une vie humaine. L’analyse d’archives océaniques, glaciaires et continentales, a été indispensable pour montrer leur extension géographique. Enfin, les mécanismes responsables de ces accidents ont été établis à l’aide de modèles de la dynamique du climat. Ils font intervenir la sensibilité de la circulation océanique dans l’Atlantique nord à un apport accru d’eau douce, provenant en période glaciaire de la fonte des calottes. En raison de l’ampleur des travaux expérimentaux et des campagnes de terrain, ces recherches ont été menées dans le cadre de larges collaborations nationales, européennes et internationales.

Les variations climatiques rapides pendant les périodes glaciaires

Les variations climatiques rapides pendant les périodes glaciaires L’analyse isotopique des glaces collectées par le forage GRIP, effectué au sommet du Groenland, a montré que la dernière période glaciaire avait été ponctuée par une succession de réchauffements brutaux (se développant en environ soixante-dix ans) et persistant pendant quelques siècles. Ils étaient suivis d’une phase de refroidissement progressif s’étalant sur plusieurs millénaires et culminant par un coup de froid brutal.

En parallèle, les études effectuées sur les sédiments marins ont mis en évidence l’existence de lits de cailloux qui recouvraient l’ensemble de l’océan Atlantique au nord de 45°N et avaient été relâchés par la fonte d’armadas d’icebergs en provenance des calottes glaciaires qui recouvraient le Canada et la Scandinavie. C’est l’analyse isotopique des rares coquilles fossiles de foraminifères, présents au milieu des cailloux, qui a permis de prouver la présence d’eau de fonte de ces calottes, et de quantifier le réchauffement des eaux de surface océaniques lorsque ces débâcles s'achevaient.

En couplant ces différents indices, il devenait possible de proposer un mécanisme responsable de ces changements climatiques rapides en faisant appel à la vulnérabilité de la circulation océanique dans l’Atlantique nord : la fonte de grandes quantités d’icebergs s’accompagnait d’une injection d’eau douce légère dans les eaux superficielles. Ce changement de densité des eaux de surface inhibait la formation d’eaux profondes, entraînant un ralentissement, voire un arrêt de la circulation océanique et une forte diminution du transfert de chaleur de l’hémisphère Sud vers l’hémisphère Nord. Les ralentissements de la grande boucle de transport de chaleur par l’océan ont été confirmés à travers l’analyse des propriétés magnétiques des sédiments atlantiques.

Les conséquences de ces changements de circulation océanique ont été perceptibles bien au-delà du secteur Atlantique Nord/Groenland. Chaque coup de froid brutal au Groenland est associé à une réorganisation profonde du cycle hydrologique aux moyennes latitudes de tout l’hémisphère nord, de variations de la couverture végétale sur les continents et d’un réchauffement en Antarctique et dans l’océan Austral.

Des variations climatiques rapides aussi pendant les périodes chaudes

Le dernier coup de froid enregistré dans les glaces du Groenland et en Europe s’est produit non pas en période glaciaire, mais il y a 8 200 ans au coeur de la période chaude actuelle. Il résulte d'un apport massif d’eau douce dans l’Atlantique nord depuis la Baie d’Hudson : cet évènement montre que, même en période interglaciaire, un apport massif d’eau douce peut entraîner un refroidissement significatif (typiquement 5°C pendant 40 à 200 ans).

De même, en remontant à la précédente période interglaciaire, l’analyse des sédiments marins et des glaces du forage de NorthGRIP a permis de montrer que la fin d’une période interglaciaire prend place de manière brutale. Après une première phase de refroidissement lent de quelques millénaires, des fluctuations soudaines de température sont observées dans les mers nordiques et au Groenland, comme le prévoient les modèles de climat. Elles s’accompagnent d’un bouleversement de la circulation thermohaline.

Les reconstructions paléoclimatiques permettent ainsi de situer le contexte dans lequel, même en période relativement chaude, des changements brutaux et rapides peuvent modifier profondément les conditions climatiques en Europe et dans l’Atlantique nord.

Les variations climatiques récentes

Des évènements climatiques extrêmes ont été observés récemment en Europe. Sont-ils liés au réchauffement planétaire ou bien font-ils partie de la variabilité naturelle du climat ? Pour répondre à cette question, il est essentiel de placer de tels évènements dans un contexte temporel plus large, et de retracer l’histoire des variations climatiques sur plusieurs siècles, car ces épisodes extrêmes sont par essence rares et donc difficiles à observer à l’échelle d’une vie humaine, bien que leurs conséquences soient considérables sur la société.

L’équipe du LSCE a collecté des informations climatiques des derniers siècles en Europe de l’ouest (relevés météorologiques anciens et chroniques historiques) et les a confronté à des mesures expérimentales dendrochronologiques, lacustres ou océaniques. Ceci a permis de retracer l’évolution de la circulation atmosphérique, des régimes de précipitations et de sécheresses, et de la circulation océanique depuis l’entrée dans le « Petit Âge de Glace » (vers le début du XVe siècle). La circulation atmosphérique était alors vraisemblablement plus continentale qu’à l’actuel, ce qui a induit d’importants changements dans le régime des précipitations et des sécheresses.

L’utilisation de simulations numériques du climat a permis de lier la distribution spatiale des extrêmes à des modifications de circulations atmosphérique et océanique, et donc d’identifier les zones les plus sensibles à des changements climatiques.

Les implications pour le futur

L’étude des climats passés a conduit à cette découverte inattendue de l’existence de bouleversements rapides au sein du système climatique. L’océan y joue un rôle majeur en raison de la grande sensibilité de sa circulation aux apports d’eau douce : toute perturbation, conduisant à le stratifier, ralentit le transfert de chaleur par les eaux de surface de l’océan Atlantique.

Des expériences numériques effectuées à l’aide de modèles climatiques simplifiés suggèrent que le réchauffement qui pourrait résulter des émissions de gaz à effet de serre serait susceptible de stratifier les eaux de l’Atlantique Nord en raison de l’augmentation de température et des pluies sur les hautes latitudes, d’un accroissement du débit des fleuves arctiques suite à la fonte du pergélisol, ou de la fonte de la calotte groenlandaise. Ces hypothèses ne sont pas irréalistes puisque des observations récentes témoignent d’un accroissement de la fonte estivale au Groenland et de changements de caractéristiques hydrologiques et de circulation dans l’océan Atlantique nord. Une perturbation profonde de l’Atlantique nord pourrait entraîner un bouleversement du climat sur l’Europe, sans équivalent dans l’histoire géologique récente puisqu’il résulterait d’une diminution du transport de chaleur par l’océan dans un contexte de climat chaud. C’est actuellement un sujet de recherche, important pour l'agriculture et les ressources en eau. Il ne peut faire encore l’objet de conclusions définitives. Le LSCE participe activement à l'effort international en cours.

Des travaux récompensés

Monsieur Jean-Claude Duplessy et le groupe "climat" du LSCE a reçu le 25 octobre 2004 le prix de la Fondation Louis D. / Institut de France doté de 750 000 euros.
Cette récompense aidera le LSCE à acquérir plusieurs instruments de pointe pour poursuivre ses travaux dans le domaine de la paléoclimatologie, notamment des spectromètres de masse alliant haute sensibilité et très grande précision, afin d’assurer les mesures de composition isotopique sur les glaces antarctiques (programme international EPICA) et les sédiments marins (programme international IMAGES), ainsi qu’un magnétomètre à basses températures qui fournira une lecture précise de la minéralogie magnétique des nanoparticules des sédiments marins et lacustres. Le LSCE disposera ainsi des équipements indispensables pour reconstituer et comprendre les téléconnections climatiques existant entre les zones polaires documentées par les archives glaciaires et les plus basses latitudes où les fluctuations du climat sont enregistrées dans les sédiments marins et continentaux. Ce prix contribuera également à soutenir l’effort de modélisation des changements climatiques, aussi bien pour les climats du passé que pour ceux du futur pour lesquels l’homme devient un acteur déterminant.

Liens

Site Internet de présentation du LSCE
Site Internet de l'Institut de France

Auteur

LSCE

Les opinions exprimées dans cet article n'engagent que leur auteur et ne reflètent pas nécessairement celles de notre-planete.info

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