L’océan, entre connu et inconnues

L’océan joue un rôle important dans le système climatique : pompe à carbone (CO2), redistribution et stockage de chaleur. Il joue notamment le rôle de gros thermostat du climat en lissant les modulations climatiques. Il est d’autant plus un acteur crucial de la lutte contre le réchauffement climatique. De plus en plus de données permettent aux scientifiques de comprendre l’océan, mais de grandes inconnues restent encore à découvrir. Techniques de l’ingénieur vous propose de faire le point sur ce que l’on connaît de cette grande étendue d’eau, avec Juliette Mignot, océanographe à l’Institut de recherche pour le développement, et membre du laboratoire LOCEAN (CNRS/IRD/MNHN/Sorbonnes Universités).

Techniques de l’ingénieur : Quel est le rôle de l’océan dans un contexte de réchauffement climatique ?

Juliette Mignot : L’océan est notre allié dans la lutte contre le réchauffement climatique. Il absorbe environ 90 % de l’excès de chaleur généré sous l’effet de serre anthropique. Une très grande partie de la chaleur due au CO2 que l’on met dans l’atmosphère va donc dans les profondeurs de l’océan. Cela signifie que le réchauffement actuel est largement atténué par l’océan. Et c’est d’ailleurs l’un des graves dangers car une partie de ce réchauffement est cachée par l’inertie thermique de l’eau : la chaleur stockée va être plus lente à réémerger que celle de l’atmosphère. En plus d’atténuer la chaleur, il absorbe également entre 25 et 30 % du dioxyde de carbone qu’on émet, par des jeux d’équilibre chimique à l’interface terre-mer. Le CO2 émis, c’est environ 50 % qui restent dans l’atmosphère contribuant ainsi à l’effet de serre anthropique, 25 % absorbé par la biosphère terrestre et 25 % par l’océan.

Qu’est-ce que cela signifie ?

Même si on réduit dès demain drastiquement les émissions de gaz à effet de serre, cet excès de chaleur mettra des décennies à se résorber. C’est-à-dire que nous aurions encore des conséquences pendant de nombreuses années, le temps que toute cette chaleur stockée dans l’océan se disperse.

L’océan est un allié, mais à quel prix ?

En effet, il ne le fait pas à moindre coût… D’une façon générale, sans changement climatique, l’océan a tendance à être plus chaud en surface, avec des eaux plus légères en surface et plus denses en profondeur. Le fait de réchauffer l’océan par la surface va contribuer à stratifier l’océan. Et plus on le réchauffe, plus on augmente cette stratification, et plus on l’augmente, plus les échanges entre surface et océan profond vont être compliqués car il faut plus d’énergie pour réussir à mélanger les eaux. Il est donc plus difficile d’injecter la chaleur, mais aussi toutes sortes d’éléments chimiques et biochimiques, en profondeur.

Quel est l’impact ?

Ces échanges sont fondamentaux pour la vie marine. Le cycle de vie marine entre la surface et le fond de l’océan est altéré à cause de cette intensification du réchauffement à la surface de l’océan. Il faut intégrer de la chaleur vers le fond, mélanger l’océan, pour faire pénétrer l’oxygène dans les eaux profondes et faire remonter les nutriments vers la surface. Ensuite d’un point de vue purement chimique, l’océan va s’acidifier. Le CO2 qui pénètre à l’interface terre-mer, une fois dans l’eau, ne reste pas sous forme carbone. Il passe sous forme ionique HCO3-, un ion acide, et déplace l’équilibre acide-base naturel de l’océan vers l’acidité. Depuis qu’on observe le changement climatique, on constate l’acidification. Et ceux qui en souffrent le plus sont les coraux, très sensibles à l’équilibre chimique. Un autre effet est l’élévation du niveau de la mer. L’océan étant plus chaud, il va se dilater et va augmenter son volume. Enfin, on altère la dynamique de l’océan, l’intensité, la direction et les propriétés de certains courants marins. Or, ceux-ci jouent un rôle indispensable en termes de redistribution de la chaleur reçue du soleil à la surface de la Terre.

On mesure quelques changements, mais que reste-t-il à apprendre ?

À l’heure des super technologies et des satellites, difficile de se rendre compte qu’en dessous de 5 cm de l’océan, les mesures ne peuvent se faire qu’avec des capteurs in situ. Et on a de plus en plus de moyens automatisés pour aller sous cette couche de surface, dont le programme Argo et ses 4 000 flotteurs dans tout l’océan. Ce n’est pas beaucoup comparé au volume de l’océan. Surtout que l’intérieur de l’océan est compliqué à observer et demande beaucoup de moyens. Même si nous avons des bons moyens, une des grandes inconnues est de pouvoir mesurer l’océan intérieur, pas forcément profond, pour pouvoir bien quantifier cette augmentation de chaleur, les changements dans les écosystèmes, les rétroactions locales, etc.

Quelles sont les limites de ces technologies ?

Les modifications des courants marins, par exemple, sont difficiles à mesurer. Ces courants marins contribuent à la redistribution de la chaleur des tropiques vers les hautes latitudes : c’est la circulation thermohaline. Dans deux ou trois endroits dans le monde, notamment en Atlantique où ces courants sont importants, nous avons des mesures quasi continues, mais seulement depuis une vingtaine d’années. Difficile d’avoir du recul. Et connaître le passé, le présent et le futur de cette circulation océanique et si elle va ralentir, est fondamental pour mieux comprendre ce qui nous attend, les éventuelles rétroactions, et comprendre le système.

Est-ce un problème de technique ou de moyens ?

C’est un problème de moyens oui, car si on en avait la possibilité, on mettrait plus de capteurs. Cependant, le but n’est pas non plus de couvrir l’océan de capteurs, car il faut faire attention également à l’ingérence qu’ils pourraient provoquer. Et puis c’est également un problème technique dû au système difficile à observer. Ce sont des problèmes inhérents au système observé. D’ailleurs, si on avait discuté il y a dix ans, je vous aurais dit que même en surface, il existe des variables que nous ne savons pas observer en continu, comme la salinité. Une variable importante dans l’océan. Maintenant, cela fait une dizaine d’années qu’on observe bien la salinité avec les satellites, la température depuis les années 60 et la glace de mer depuis les années 70.

On imagine d’autres développements de satellites qui le permettront…

On peut effectivement espérer des développements qui nous permettront d’aller sous la surface de l’océan avec les satellites. Actuellement, il est compliqué d’avoir un rayon capable de traiter tout ce qu’il rencontre sur son chemin dans l’océan et de renvoyer ensuite l’information au satellite. Notamment pour fournir une température de l’océan profond, cela demanderait un rayon hypercomplexe bien différent du rayon dans l’atmosphère et dans l’océan. Les questions de la mesure des courants marins par satellite, même en surface, ne sont pas, elles non plus, résolues actuellement, malgré de belles avancées sur la télédétection des vagues et des courants liés aux modulations de la surface de la mer.

L’utilisation de la modélisation vous aide à avancer vers une meilleure connaissance ?

La modélisation nous aide à plusieurs points de vue. Pour progresser sur la compréhension de l’océan, on réalise des simulations océaniques par exemple à très haute résolution spatiale et temporelle, nous permettant de comprendre la dynamique des tourbillons océaniques et leur interaction avec les courants. Pour comprendre le fonctionnement du système climatique, on préfère souvent privilégier des simulations moins précises spatialement mais qui peuvent être très longues, et intégrer des interactions avec d’autres compartiments du système climatique (océan, atmosphère, etc.). Nous avons également tout un pan de recherches, de techniques de modélisation, de processus, de techniques d’intelligence artificielle pour apprendre, sur des modèles très fins comme un modèle de turbulence océanique, l’effet de celle-ci à grande échelle qu’on va ensuite injecter dans des modèles de climat. Il reste beaucoup de challenges. Nous allons vers l’inconnu. Nous sommes en train de faire une expérience à grandeur humaine, et nous ne pourrons pas revenir en arrière.