Quiconque a fait bouillir une casserole d’eau comprend qu’il faut à la fois du temps et de l’énergie pour élever la température. Il peut donc être surprenant d’apprendre que les scientifiques ont longtemps traité les vagues de chaleur marines (VCM) comme des événements isolés. De nouvelles recherches menées par le VIMS & Batten School de William & Mary remettent en question cette approche en fournissant un cadre pour caractériser l’exposition thermique cumulative d’un écosystème due aux VCM et aux périodes prolongées d’eau chaude qui les précèdent et les suivent.
L’étude, publiée dans Communications Earth & Environment de Nature, classe les périodes de réchauffement précédant et suivant les VCM et fournit un cadre pour évaluer l’exposition thermique cumulative. La recherche vise à fournir une mesure plus efficace des impacts écologiques en traitant les VCM comme faisant partie d’événements de réchauffement plus larges, plutôt que comme des événements isolés, sur la base d’observations à long terme de 20 estuaires américains.
« Nous avons commencé à remarquer ces anomalies d’eau chaude de part et d’autre des vagues de chaleur marines et nous avons réalisé qu’elles sont en fait intégrées dans des périodes d’eau chaude plus vastes », a expliqué l’auteur principal Ricardo Utzig Nardi (M.S. ‘25), spécialiste de recherche travaillant avec le coauteur Piero Mazzini, professeur adjoint au VIMS & Batten School of Coastal & Marine Sciences. « Cela semble évident, mais les études se concentrent généralement uniquement sur la fenêtre des vagues de chaleur marines, ce qui n’est pas une représentation précise des conditions réelles. »
Nardi a constaté que ces périodes de réchauffement soutenu peuvent durer de quelques semaines à plusieurs mois, avec une vague de chaleur marine distincte intégrée entre elles. L’étude a révélé que dans de nombreux cas, ces phases pré- et post-vague de chaleur contribuaient autant ou plus à l’exposition thermique cumulative que la phase VCM elle-même.
« Nous ne pouvons plus considérer les vagues de chaleur marines de manière isolée lors de l’évaluation de l’impact des événements de réchauffement sur les écosystèmes côtiers et océaniques », a déclaré Mazzini. « Nous devons reconnaître le cadre plus large dans lequel elles existent, et cette recherche fournit un moyen d’y parvenir. »
Des décennies de données estuariennes révèlent une sous-estimation systématique du stress thermique
L’étude a analysé plus de 2 580 VCM enregistrées sur deux décennies dans 20 estuaires des États-Unis et a constaté que les évaluations historiques sous-estiment l’exposition thermique totale de plus de 150 % en moyenne, avec des implications significatives pour la santé des écosystèmes.
« Pensez à passer du temps au soleil », a expliqué Nardi pour illustrer l’importance de l’exposition thermique cumulative. « Le risque de coup de soleil dépend à la fois de l’intensité de la lumière solaire et de la durée d’exposition. Quelques minutes peuvent causer peu de dommages, mais des heures d’exposition peuvent avoir des conséquences. Il en va de même pour les organismes marins et l’eau chaude. Leurs réponses biologiques ne dépendent pas seulement de la température de l’eau, mais aussi de la durée du réchauffement. Une exposition thermique prolongée et cumulative, surtout lorsqu’elle est combinée à d’autres facteurs de stress, peut créer des conditions que certaines espèces ne peuvent pas survivre. »
Les résultats ont conclu que les anomalies d’eau chaude pré- et post-vague de chaleur sont largement indépendantes de la VCM elle-même, remettant en question les interprétations conventionnelles du stress thermique. Ces résultats établissent un nouveau cadre pour évaluer l’exposition thermique totale, applicable à l’ensemble des écosystèmes côtiers.
L’étude a également identifié deux catégories distinctes de VCM. Environ deux tiers étaient des événements « individuel » intégrés dans environ 60 jours de températures élevées au-delà de la VCM elle-même. Le tiers restant était des événements « composé », produisant des périodes de réchauffement prolongées (environ 90 jours) avant et après les VCM et générant plus de trois fois l’exposition thermique cumulative de la VCM elle-même.
« Comme vous pouvez le constater, il s’agit de périodes d’exposition thermique remarquablement longues », a expliqué Mazzini. « De nombreuses expériences en laboratoire simulent les vagues de chaleur marines en augmentant les températures pendant quelques jours ou semaines au total. Nos résultats montrent que si ces expériences ont de la valeur, elles ne parviennent souvent pas à capturer l’exposition thermique prolongée que subissent les organismes dans la nature. Notre recherche fournit un nouveau cadre pour concevoir des expériences qui reflètent les conditions naturelles des vagues de chaleur marines et quantifier l’exposition thermique cumulative, permettant aux scientifiques de mieux évaluer les impacts biologiques des vagues de chaleur marines sur les écosystèmes. »
Une multiplication des recherches du VIMS & Batten réchauffe notre compréhension des vagues de chaleur marines
Cette étude est la dernière publication sur les VCM des chercheurs et professeurs du VIMS & Batten School. Mazzini et Nathan Shunk, doctorant en troisième année, ont récemment publié une étude qui définissait les « vagues de chaleur marines verticales » et introduisait un schéma de classification pour celles-ci dans la baie. L’an dernier, Nardi et Mazzini ont publié un autre manuscrit prévoyant une augmentation des VCM le long de la côte est des États-Unis et ont identifié des relations entre les VCM et les schémas climatiques à grande échelle, notamment El Niño et l’oscillation décennale du Pacifique.
« Cette étude est un exemple de science remarquable née d’une question simple sur la relation entre la température et les conditions de qualité de l’eau dans les estuaires », a déclaré Mazzini. « Elle a été rendue possible par le système national de réserves de recherche estuarienne de la NOAA et ses observations de température à long terme et à haute fréquence. Des programmes de surveillance complets comme ceux-ci nous permettent de poser des questions plus vastes et de découvrir des schémas qui resteraient autrement cachés. »
Les nouvelles découvertes ont également des implications pratiques pour les communautés côtières et les gestionnaires des ressources. Les périodes prolongées d’eau chaude peuvent aggraver les effets des facteurs de stress environnementaux tels que les conditions de faible teneur en oxygène et les proliférations d’algues nuisibles. Cela exerce une pression supplémentaire sur les écosystèmes marins, des herbiers marins aux récifs coralliens. En intégrant ces périodes de réchauffement adjacentes dans les évaluations écologiques et les expériences en laboratoire, les scientifiques pourraient développer des prévisions plus réalistes de la vulnérabilité des écosystèmes pour mieux conseiller les décisions de conservation et de gestion.
« Cette recherche a le potentiel de modifier notre compréhension du rôle que jouent les eaux de réchauffement dans la santé des écosystèmes en élargissant notre focus au-delà de la fenêtre des vagues de chaleur, afin que nous considérions l’impact complet de la température dans le temps », a expliqué Nardi. « Je suis enthousiaste à l’idée de découvrir ce que nous avons pu manquer auparavant avec cette nouvelle perspective. »
Alors que les VCM augmentent en fréquence et en intensité, comprendre leur impact cumulatif sur les écosystèmes est essentiel pour protéger les ressources côtières et préparer les communautés à un avenir plus résilient.
Article : Persistent warm water anomalies before and after marine heatwaves amplify heat exposure and associated risks – Journal : Communications Earth & Environment – Méthode : Computational simulation/modeling – DOI : Lien vers l’étude
Source : Institut des sciences marines de Virginie
