La circulation renversée de l'Atlantique pourrait-elle s'arrêter?

La circulation renversée de l'Atlantique pourrait-elle s'arrêter?

Schéma de l'AMOC. Les voies rouges montrent une eau plus chaude près de la surface, tandis que les voies violettes montrent une eau plus froide et plus dense se déplaçant en profondeur. Crédit: Met Office

En règle générale, nous considérons le changement climatique comme un processus graduel: plus les humains émettent de gaz à effet de serre, plus le climat change. Mais y a-t-il des «points de non-retour» qui nous engagent dans un changement irréversible?

La «Circulation renversée méridionale de l'Atlantique», connue sous le nom d '«AMOC», est l'un des principaux systèmes actuels des océans du monde et joue un rôle crucial dans la régulation du climat.

Elle est entraînée par un équilibre délicat des températures et de la salinité des océans, qui risque d'être perturbé par un réchauffement climatique.

Les dernières recherches suggèrent que l'AMOC est très susceptible d'affaiblir ce siècle, mais un effondrement est très peu probable. Cependant, les scientifiques sont en mesure de définir exactement combien de réchauffement pourrait pousser l'AMOC au-delà d'un point de basculement.

Renversement

La figure ci-dessous montre une illustration de l'AMOC. Dans l'Atlantique Nord, l'eau chaude des régions subtropicales se déplace vers le nord près de la surface et l'eau froide - et, par conséquent, plus dense - se déplace vers le sud en profondeur, généralement de 2 à 4 km sous la surface.

Au nord, l'eau de surface chaude est refroidie par l'atmosphère sus-jacente, convertie en eau froide et dense, et coule pour alimenter la branche profonde vers le sud. Ailleurs, l'eau froide remonte et se réchauffe, réapprovisionnant la branche supérieure et chaude et complétant le circuit.

L'AMOC pourrait-il s'effondrer?

L'AMOC est vulnérable au changement climatique. À mesure que l'atmosphère se réchauffe en raison de l'augmentation des gaz à effet de serre, la capacité de l'océan à perdre de la chaleur de la surface de l'Atlantique Nord est diminuée et l'un des facteurs moteurs de l'AMOC est affaibli.

Les projections des modèles climatiques du réchauffement climatique de ce siècle indiquent systématiquement un affaiblissement de l'AMOC. Les évaluations les plus récentes du Groupe d'experts intergouvernemental sur les changements climatiques (GIEC) - le cinquième rapport d'évaluation (AR5) et rapport spécial sur les océans et la cryosphère dans un climat en évolution (SROCC) - les deux concluent que l'AMOC est «très susceptible» de s'affaiblir au cours du 21e siècle.

Un tel affaiblissement aurait un effet de refroidissement sur le climat autour de la région de l'Atlantique Nord, car l'approvisionnement en chaleur vers le nord est ralenti. Cet effet est inclus dans les projections climatiques, mais l'effet de réchauffement direct de l'augmentation des concentrations de gaz à effet de serre est plus fort, de sorte que le résultat net se réchauffe toujours sur les régions terrestres.

Mais des changements plus spectaculaires sont théoriquement possibles. Il peut exister un «point de basculement» au-delà duquel la forte AMOC actuelle devient insoutenable.

La preuve de cela remonte à un papier séminal publié en 1961 par l'un des pères de l'océanographie moderne, Henri Stommel. Stommel s'est rendu compte que l'AMOC est une sorte de compétition entre les effets de la température et de la salinité, qui influencent tous deux la densité de l'eau de mer.

La circulation renversée de l'Atlantique pourrait-elle s'arrêter?

La figure ci-dessous illustre les différents états AMOC possibles. Dans le climat actuel, la température domine et l'eau froide et dense de haute latitude entraîne une forte AMOC (courbe rouge). Mais dans d'autres états climatiques, il est possible que l'eau douce (provenant des précipitations ou de la fonte des glaces) rafraîchisse - et donc allège - l'eau des hautes latitudes; dans ce cas, l'eau n'est pas suffisamment dense pour entraîner l'AMOC qui s'effondre (courbe bleue).

Si l'apport d'eau douce à l'Atlantique était suffisamment fort - par exemple, la fonte rapide de la calotte glaciaire du Groenland - le point bleu se déplacerait vers la droite sur la figure. Selon le modèle de Stommel, à un moment donné, l'état AMOC fort (rouge) devient insoutenable et l'AMOC s'effondre à l'état «off» (bleu). Ensuite, même si le changement climatique moteur était plus tard inversé (le point bleu se déplaçant vers la gauche sur la figure), l'AMOC resterait sur la courbe bleue et ne se rallumerait pas tant que le climat n'aurait pas dépassé les conditions actuelles la direction opposée. Ce phénomène est appelé «hystérésis».

La circulation renversée de l'Atlantique pourrait-elle s'arrêter?

Points de basculement et hystérésis de l'AMOC dans le modèle simple de Stommel. Les états possibles de l'AMOC dépendent de la quantité d'entrée d'eau douce dans l'océan Atlantique (axe des x). La force AMOC est indiquée sur l'axe des y. [Notez que les deux sont mesurés en Sverdrups (Sv), où 1 Sv représente un million de mètres cubes d'eau transportés par seconde.] Lorsqu'il y a un faible apport d'eau douce, la température domine le débit et seul un fort AMOC est possible (courbe rouge). Pour un apport d'eau douce élevé, seul un état effondré est possible (courbe bleue). Entre les deux, les deux états sont possibles. Si l'apport d'eau douce augmentait au-delà d'une valeur critique (le point de basculement), l'AMOC s'effondrerait. Ensuite, même si l'entrée d'eau douce revenait à son état d'origine, l'AMOC resterait éteint. Crédit: Met Office.

Projections à long terme

L'idée de Stommel a évolué au fil des ans, mais la perspicacité fondamentale est toujours d'actualité. Il y a evidence que les changements AMOC peuvent avoir joué un rôle dans certains changements climatiques majeurs du passé - plus récemment il y a environ 8,200 XNUMX ans alors que le monde émergeait de la dernière période glaciaire.

À cette époque, un immense lac du nord-ouest du Canada était retenu par un mur de glace. Alors que les températures se réchauffaient, la paroi de glace s'est effondrée déposer l'eau douce du lac dans l'Atlantique Nord et interrompant l'AMOC. Un refroidissement majeur à ce moment peut être vu dans enregistrements paléoclimatiques en Amérique du Nord, au Groenland et en Europe.

Les modèles climatiques complets ne prévoient généralement pas un arrêt complet de l'AMOC au 21e siècle, mais récemment, des modèles ont été développés plus loin dans le futur. Dans des scénarios de concentrations élevées de gaz à effet de serre, plusieurs modèles projettent une arrêt effectif de l'AMOC d'ici 2300.

Les modèles de projection du futur AMOC varient cependant largement. En conséquence, sur la question du niveau de réchauffement climatique qui entraînerait un arrêt de l'AMOC, il est peu probable que la communauté scientifique verra une convergence dans un proche avenir.

Alors que le mécanisme fondamental qui déstabilise l'AMOC dans le modèle original de Stommel semble être important dans les modèles climatiques, il existe d'autres processus qui tentent de stabiliser l'AMOC. Beaucoup de ces processus sont difficiles à modéliser quantitativement, en particulier avec la résolution limitée qui est possible avec la puissance de calcul actuelle. Nos projections AMOC continueront donc d'être soumises à une certaine incertitude pendant un certain temps encore.

Compte tenu de toutes les preuves, l'AR5 et le SROCC du GIEC ont conclu qu'un effondrement de l'AMOC avant 2100 était «très improbable»(Pdf). Cependant, les impacts du franchissement d'un point de basculement AMOC seraient énormes, il est donc préférable de le considérer comme un scénario de «faible probabilité, impact élevé».

Quels seraient les impacts d'un effondrement?

Les modèles climatiques peuvent être utilisés pour évaluer l'impact sur le climat si l'AMOC devait se fermer complètement. En ajoutant de grandes quantités d'eau douce à l'Atlantique Nord dans un modèle, les scientifiques éclaircissent artificiellement l'eau froide et dense qui forme la branche inférieure de la boucle. Cela arrête l'AMOC et nous pouvons ensuite examiner l'impact sur le climat.

La figure ci-dessous illustre les changements qui se traduisent par une telle expérience. L'arrêt de l'AMOC se traduit par un refroidissement (ombrage bleu) de tout l'hémisphère Nord, en particulier les régions les plus proches de la zone de déperdition de chaleur de l'Atlantique Nord (le «radiateur» du système de chauffage central de l'Atlantique Nord). Dans ces régions, le refroidissement dépasse le réchauffement prévu dû aux gaz à effet de serre, de sorte qu'un arrêt complet au 21e siècle, bien que très peu probable, pourrait entraîner un refroidissement net dans des régions telles que l'Europe occidentale.

La circulation renversée de l'Atlantique pourrait-elle s'arrêter?

Changement modélisé de la température de surface (C) suite à un effondrement artificiellement induit de l'AMOC. L'ombrage indique un refroidissement (bleu) ou un réchauffement (orange et rouge). Reproduit avec la permission de Springer. Jackson et al. (2015) Impacts climatiques mondiaux et européens d'un ralentissement de l'AMOC dans un MCG à haute résolution, Climate Dynamics.

Les autres impacts comprennent des changements majeurs dans les régimes de précipitations, une augmentation des tempêtes hivernales en Europe et une élévation du niveau de la mer pouvant atteindre 50 cm autour du bassin de l'Atlantique Nord. Dans de nombreuses régions, ces effets exacerberaient les tendances dues au réchauffement climatique.

Bien que de telles expériences sur modèle soient artificielles «et si?» scénarios, ils illustrent l’ampleur des changements qui pourraient résulter d’un effondrement de l’AMOC. Les impacts sur l'agriculture, la faune, les transports, la demande d'énergie et les infrastructures côtières seraient complexes, mais nous pouvons être certains qu'il y aurait des conséquences socio-économiques majeures. Par exemple, une étude a montré une réduction de 50% de la productivité de l'herbe dans les principales régions de pâturage de l'ouest du Royaume-Uni et de l'Irlande.

Que peut-on faire contre le risque d'effondrement?

Comme expliqué ci-dessus, les scientifiques sont en mesure de définir avec confiance un niveau de réchauffement climatique auquel l'AMOC risquerait de franchir un point de basculement.

Cependant, il peut être possible de gérer le risque d'effondrement des AMOC, même sans savoir à quel point il est probable.

Pour prendre une analogie domestique: je sais qu'il est possible, mais peu probable, que ma maison brûle - c'est un événement à faible probabilité et à fort impact. Je n'ai pas beaucoup d'idée de la probabilité qu'il y ait un incendie, mais je peux quand même gérer le risque en vérifiant le câblage électrique et en installant des détecteurs de fumée. La vérification du câblage réduit les risques d'incendie, tandis que l'avertisseur de fumée me donne une alerte précoce si un incendie se déclare afin que l'impact puisse être réduit - en évacuant la maison et en appelant les pompiers.

Récemment, avec des collègues du Université d'Exeter, nous étudions la possibilité de développer un système d'alerte précoce pour les pourboires AMOC.

En utilisant un modèle simple, nous avons montré que la façon dont les salinités de l'Atlantique subtropical et subpolaire évoluent au fil du temps peut donner une première indication si l'AMOC est sur le chemin d'un effondrement, peut-être des décennies avant qu'un affaiblissement majeur n'ait été observé dans l'AMOC lui-même.

Les recherches en sont aux premiers balbutiements, mais en surveillant un tel indicateur, il peut être possible de donner plus de temps pour se préparer aux conséquences d'un effondrement de l'AMOC, ou d'adopter des mesures d'atténuation du changement climatique plus agressives pour amener l'AMOC sur une voie plus stable. .  

Questions en suspens

Alors que le monde est confronté aux défis de la réalisation des objectifs de l'accord de Paris sur le climat, l'intérêt pour les voies climatiques dépassement temporaire le niveau cible final. Il est important que ces dépassements ne franchissent aucun seuil irréversible sur le chemin de la destination finale, de sorte que la recherche sur les points de basculement doit relier les résultats théoriques à ces questions plus pratiques.

Une grande partie de la modélisation des points de basculement AMOC à ce jour a utilisé des scénarios idéalisés d'entrée d'eau douce dans l'Atlantique Nord. Ceci est pertinent pour certains changements AMOC passés, mais pour modéliser les changements climatiques futurs, nous devons comprendre ce qui se passe lorsque le réchauffement et le rafraîchissement ont lieu ensemble.

Il s'agit d'un problème plus difficile car le nombre de processus et de retours d'informations pertinents augmente. Certains de ces processus fonctionnent à petite échelle que les modèles ont du mal à résoudre avec la puissance de calcul actuelle. L'amélioration de la modélisation des processus AMOC clés nécessite de la patience et un engagement à long terme, mais finira par porter ses fruits dans les prévisions AMOC plus confiantes.

La recherche sur l'alerte précoce de l'effondrement des AMOC en est à ses balbutiements, mais peut être un moyen fructueux de répondre au risque. Une chose est sûre: l'alerte précoce nécessitera des observations continues des aspects clés de l'AMOC.

La surveillance AMOC est entrée dans une nouvelle ère en 2004 avec RAPID-MOKA, une gamme d'instruments amarrés qui s'étend sur la largeur de l'Atlantique à 26.5 degrés de latitude nord et assure une surveillance continue de l'AMOC. Avant cela, il n'y avait eu que cinq instantanés de la circulation étalés sur 47 ans.

Les résultats ont déjà changé notre compréhension de la façon dont l'AMOC varie dans le temps: par exemple, un plongeon inattendu dans l'AMOC - observé à l'automne 2009 - aurait joué un rôle dans les hivers européens exceptionnellement froids de 2009-10 et 2010-11.

Plus récemment, une tableau de surveillance similaire a été installé plus au nord dans l'Atlantique subpolaire. De même que mesures en continu de la température et de la salinité des flotteurs Argo à la dérive, les océanographes ont maintenant une base de données sans précédent pour étudier cet élément crucial de notre système climatique et donner au monde une chance de se préparer à toute mauvaise surprise.

A propos de l'auteur

Dr Richard Wood, qui dirige le groupe sur le climat, la cryosphère et les océans au Met Office Hadley Center du Royaume-Uni. Dr Laura Jackson, scientifique du même groupe.

Cet article a paru sur Coussin carbone

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