Des scientifiques dévoilent l’« effet papillon » rapide des océans profonds

Des tourbillons et remous minuscules et invisibles pas plus grands qu’une pièce de monnaie – situés profondément sous la surface de l’océan façonnent silencieusement certaines des plus grandes forces qui influencent notre climat : l’élévation du niveau de la mer, l’effondrement des pêcheries, les inondations extrêmes et la quantité de dioxyde de carbone absorbée par l’océan.

Une équipe internationale de chercheurs, dirigée par l’Université de Cambridge, a découvert que la turbulence océanique profonde – le processus qui distribue chaleur, nutriments et carbone de la surface au fond marin et inversement – affecte nos vies non pas à une échelle de milliers d’années comme on le pensait auparavant, mais à l’échelle d’une vie humaine.

Cependant, les outils utilisés pour prédire ces effets et orienter les politiques ne représentent pas correctement cette turbulence, ni la vitesse à laquelle elle se déplace. Les résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.

Ces résultats arrivent alors que la recherche océanique mondiale de ce type est menacée. En mai, la National Science Foundation des États-Unis a annoncé le démantèlement de l’Ocean Observatories Initiative, un réseau d’observation océanique de 368 millions de dollars qui fournit des données océanographiques vitales dans le monde entier, bien que les plans aient ensuite été partiellement annulés.

La modification des régimes de turbulence pourrait affecter notre climat de manière tangible, c’est pourquoi ce type de surveillance océanique est crucial : si les nutriments ne sont pas remontés des profondeurs océaniques vers la surface, cela pourrait entraîner la rupture des chaînes alimentaires marines, ce qui provoquerait à son tour l’effondrement des pêcheries. La manière dont la chaleur est transférée des profondeurs océaniques vers les eaux moins profondes et inversement affecte la fonte des glaces de l’Arctique et de l’Antarctique, ce qui influe sur l’élévation du niveau de la mer, l’intensité des tempêtes et les niveaux d’inondation.

En combinant des mesures physiques et chimiques précédemment collectées, les chercheurs ont identifié plusieurs processus climatiques à évolution rapide affectés par la turbulence à petite échelle, notamment la distribution de la chaleur, des nutriments et du carbone. En comparant avec la façon dont les modèles climatiques prédisent l’impact de la turbulence océanique profonde sur la vie terrestre, les chercheurs ont constaté que ces modèles nécessitent des améliorations significatives.

« Il existe une microphysique de l’océan, similaire à la physique des nuages, qui est extrêmement difficile et coûteuse à observer, mais qui régit nos vies à des échelles de temps pertinentes pour l’humanité – des changements de circulation océanique à la dynamique des écosystèmes, avec des conséquences sur la pêche et la sécurité alimentaire, jusqu’aux inondations côtières et aux vagues de chaleur, » affirme l’auteure principale, Dr Laura Cimoli, du Département de mathématiques appliquées et de physique théorique (DAMTP) de Cambridge. « Nous avons besoin que les outils que nous utilisons pour prédire ces effets soient aussi précis que possible, et nous avons constaté que ce n’est actuellement pas le cas. »

« Si je pense à ce qui compte le plus à l’échelle humaine, ce sont trois choses : les nutriments marins et les écosystèmes, qui ont un impact sur la sécurité alimentaire ; les changements dans l’Arctique, qui ont des implications géopolitiques directes et affectent presque immédiatement les conditions météorologiques extrêmes et les inondations au Royaume-Uni ; et le mélange des courants profonds vers le sud qui alimentent en eau chaude les plateformes de glace de l’Antarctique, ce qui entraîne l’élévation du niveau de la mer, » explique le co-auteur, Dr Ali Mashayek, du Département des sciences de la Terre de Cambridge.

L’un des traceurs utilisés par les chercheurs pour tester la précision des modèles climatiques était la concentration de CFC (chlorofluorocarbones). Les CFC ont été rejetés en grandes quantités dans l’atmosphère avant d’être interdits dans les années 1980 en vertu du Protocole de Montréal, en raison des dommages qu’ils causaient à la couche d’ozone.

Les chercheurs ont suivi la distance et la vitesse de déplacement des CFC au cours des six dernières décennies en mesurant leur concentration en profondeur. Ils ont découvert que certaines eaux profondes ont transporté des CFC depuis l’Antarctique jusqu’au Pacifique central et au nord de l’océan Indien en seulement 40 ans. Ces mêmes eaux transportent également du carbone, de l’oxygène et de la chaleur. En se déplaçant, elles se mélangent à d’autres eaux, et la turbulence est donc essentielle pour déterminer la quantité de traceurs, de chaleur et de carbone qui reste piégée dans l’océan profond et les échelles de temps correspondantes.

« Nous apprenons que l’océan profond peut échanger du carbone, des nutriments, de la chaleur et des polluants avec l’atmosphère à des échelles de temps pertinentes pour nos propres vies, » souligne Mashayek.

Une autre expérience consistait à injecter un colorant dans l’océan profond à des endroits et profondeurs connus et à suivre son mouvement. Dans un canyon profond du Rockall Trough, non loin des eaux britanniques, le colorant est monté jusqu’à 100 mètres par jour : environ 10 000 fois plus vite que ne le prédisaient les modèles.

Cependant, en comparant les données d’observation des CFC, du colorant et d’autres données avec les modèles climatiques, l’équipe a constaté que les résultats des modèles s’écartaient souvent de manière significative des données d’observation.

« Cela montre que les modèles climatiques ne capturent pas de manière fiable les effets clés de la turbulence océanique profonde, » déclare le co-auteur, le professeur Colm-cille Caulfield, également du DAMTP. « Si nous voulons rendre ces modèles plus utiles pour les décideurs, nous devrons comprendre bien mieux les processus physiques fondamentaux sous-jacents, développer de meilleures approximations qui capturent tous ces processus de manière informatiquement efficace et qui peuvent être intégrées directement dans les modèles climatiques, et tester et contraindre les résultats des approximations avec beaucoup plus de données d’observation. Tous les aspects de cette chaîne sont aujourd’hui menacés par les coupes budgétaires dans la science. »

« Auparavant, on pensait que la turbulence à l’intérieur de l’océan était profonde, lointaine et trop lente pour avoir de l’importance à l’échelle humaine, mais les preuves s’accumulent que ce n’est pas toujours le cas, » affirme le co-auteur, le professeur Alberto Naveira Garabato de l’Université de Southampton. « L’océan profond peut interagir avec l’atmosphère sur de courtes échelles de temps, et nous avons besoin d’outils fiables pour nous aider à le mesurer. »

Article : Climatic Reach of Small-Scale Turbulence in the Ocean Interior – Journal : Nature Communications – DOI : Lien vers l’étude

Source : Cambridge U.