Sarah Werner
Une étude de l’AWI explique pourquoi l’océan autour de l’Antarctique défie les projections des modèles climatiques et continue d’absorber du CO2, malgré les effets du changement climatique.
Les modèles climatiques suggèrent que le changement climatique pourrait réduire la capacité de l’océan Austral à absorber le dioxyde de carbone (CO2). Cependant, les données d’observation montrent en réalité que cette capacité n’a pas connu de baisse significative au cours des dernières décennies. Dans une étude récente, des chercheurs de l’Institut Alfred Wegener ont découvert ce qui pourrait en être la cause. L’eau à faible salinité de la couche supérieure de l’océan a généralement contribué à piéger le carbone dans les profondeurs océaniques, ce qui a ralenti son rejet dans l’atmosphère – jusqu’à présent, du moins, car le changement climatique modifie de plus en plus l’océan Austral et sa fonction de puits de carbone. L’étude est publiée dans la revue Nature Climate Change.
Les océans absorbent environ un quart de toutes les émissions anthropiques de CO2 rejetées dans l’atmosphère. Sur ce total, l’océan Austral stocke à lui seul environ 40 %, ce qui en fait une région clé pour limiter le réchauffement climatique. Le rôle important de l’océan Austral est dû à la circulation océanique dans la région, qui fait remonter les masses d’eau des profondeurs, les renouvelle, puis les renvoie vers les profondeurs. Ce processus libère le CO2 naturel des profondeurs océaniques et absorbe et stocke le CO2 anthropique de l’atmosphère. La capacité de l’océan Austral à absorber le CO2 anthropique dépend de la quantité de CO2 naturel qui remonte à la surface depuis les profondeurs océaniques : plus la quantité de CO2 naturel qui remonte à la surface depuis les profondeurs est importante, moins l’océan Austral est capable d’absorber le CO2 anthropique. Ce processus est contrôlé par la circulation océanique et la stratification des différentes masses d’eau.
L’eau qui remonte des profondeurs de l’océan Austral est extrêmement ancienne, n’ayant pas été à la surface depuis des centaines, voire des milliers d’années. Au fil du temps, elle a accumulé de grandes quantités de CO2 qui remontent naturellement à la surface par le processus d’upwelling. Des études modélisées montrent que le renforcement des vents d’ouest, causé par le changement climatique, entraînera la remontée à la surface d’une quantité croissante de ces eaux profondes riches en CO2. À long terme, cela réduirait la capacité de l’océan Austral à absorber le CO2 d’origine humaine. Cependant, contrairement aux projections des modèles climatiques, les données d’observation des dernières décennies n’ont montré aucune réduction de sa capacité à absorber le CO2. Une nouvelle étude de l’Institut Alfred Wegener, Centre Helmholtz pour la recherche polaire et marine (AWI), explique désormais pourquoi, malgré le renforcement des vents d’ouest, l’océan Austral a continué à agir comme un puits de CO2 au cours des dernières décennies et a ainsi pu ralentir le changement climatique.
« Les eaux profondes de l’océan Austral se trouvent normalement à plus de 200 mètres », explique le Dr Léa Olivier, océanographe à l’AWI et auteur principal de l’étude. « Elles sont salées, riches en nutriments et relativement chaudes par rapport aux eaux plus proches de la surface. » Les eaux profondes contiennent une grande quantité de CO₂ dissous qui est entré dans les profondeurs océaniques depuis la surface il y a longtemps. L’eau proche de la surface, en revanche, est moins salée, plus froide et contient moins de CO₂. Tant que la stratification de la densité entre les eaux profondes et les eaux de surface reste intacte, le CO₂ des couches profondes ne peut pas remonter facilement à la surface.
Les eaux froides et peu salées retiennent les eaux riches en carbone, mais le changement climatique rapproche dangereusement le CO₂ de la surface.
« Des études antérieures suggéraient que le changement climatique mondial renforcerait les vents d’ouest au-dessus de l’océan Austral, et avec eux, la circulation de retournement », explique Léa Olivier. « Cependant, cela transporterait davantage d’eau riche en carbone des profondeurs océaniques vers la surface, ce qui réduirait par conséquent la capacité de l’océan Austral à stocker le CO₂. Bien que le renforcement des vents ait déjà été observé et attribué au changement anthropique dans des études récentes de modélisation et d’observation, rien n’indique que l’océan Austral absorbe moins de CO₂, du moins à ce stade. »
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Les observations à long terme réalisées par l’AWI et d’autres instituts de recherche internationaux suggèrent que le changement climatique pourrait affecter les propriétés des masses d’eau superficielles et profondes. « Dans notre étude, nous avons utilisé un ensemble de données comprenant des données biogéochimiques issues d’un grand nombre d’expéditions maritimes menées dans l’océan Austral entre 1972 et 2021. Nous avons recherché des anomalies à long terme, ainsi que des changements dans les schémas de circulation et les propriétés des masses d’eau. Ce faisant, nous n’avons pris en compte que les processus liés à l’échange entre les deux masses d’eau, à savoir la circulation et le mélange, et non les processus biologiques, par exemple », ajoute Léa Olivier. « Nous avons pu déterminer que, depuis les années 1990, les deux masses d’eau se sont davantage distinguées l’une de l’autre. »
La salinité des eaux de surface de l’océan Austral a diminué en raison de l’apport accru d’eau douce provenant des précipitations et de la fonte des glaciers et de la banquise. Ce « rafraîchissement » renforce la stratification de la densité entre les deux masses d’eau, ce qui maintient les eaux profondes riches en CO₂ piégées dans la couche inférieure et les empêche de franchir la barrière entre les deux couches. »
Figure : (a) Schéma des effets des vents d’ouest renforcés (à gauche) et de la stratification renforcée (à droite) sur la distribution des masses d’eau dans l’océan Austral. (b) Anomalie de fCO2 moyenne par section (années récentes moins climatologie) calculée pour les couches de profondeur à travers chaque section avec le carbone anthropogénique enlevé (voir Méthodes). La boîte en pointillés met en évidence les couches de profondeur situées dans la subsurface. La carte en médaillon montre l’emplacement et les noms des sections répétées analysées dans cette étude.
« Notre étude montre que ces eaux de surface plus douces ont temporairement compensé l’affaiblissement du puits de carbone dans l’océan Austral, comme le prévoyaient les simulations des modèles. Cependant, cette situation pourrait s’inverser si la stratification venait à s’affaiblir », résume Léa Olivier. Ce risque existe, car le renforcement des vents d’ouest pousse les eaux profondes toujours plus près de la surface. Depuis les années 1990, la limite supérieure de la masse d’eau profonde s’est déplacée d’environ 40 mètres vers la surface, où l’eau riche en CO₂ remplace de plus en plus l’eau de surface hivernale à faible salinité. À mesure que la couche de transition entre l’eau de surface et l’eau profonde se rapproche de la surface, elle devient plus susceptible de se mélanger, ce qui pourrait être principalement causé par le renforcement des vents d’ouest. Un tel mélange libérerait le CO₂ qui s’est accumulé sous la couche d’eau de surface.
Une étude récemment publiée suggère que ce processus a peut-être déjà commencé. Il en résulterait que davantage d’eau profonde riche en CO₂ pourrait atteindre la surface, ce qui réduirait la capacité de l’océan Austral à absorber le CO₂ anthropique et aggraverait ainsi le changement climatique. « Ce qui m’a le plus surprise, c’est que nous avons en fait trouvé la réponse à notre question sous la surface. Nous devons regarder au-delà de la surface de l’océan, sinon nous risquons de passer à côté d’un élément essentiel », indique Léa Olivier.
« Pour confirmer si davantage de CO₂ a été libéré par les profondeurs océaniques ces dernières années, nous avons besoin de données supplémentaires, en particulier celles des mois d’hiver, lorsque les masses d’eau ont tendance à se mélanger », observe le professeur Alexander Haumann, coauteur de l’étude. « Au cours des prochaines années, l’AWI prévoit d’examiner attentivement ces processus précis dans le cadre du programme international Antarctica InSync, afin de mieux comprendre les effets du changement climatique sur l’océan Austral et les interactions potentielles. »
Article : « Southern Ocean freshening stalls deep ocean CO2 release in a changing climat » – DOI : 10.1038/s41558-025-02446-3
