Périodes chaudes et froides : Comment l’océan Austral a contrôlé le climat et le CO2 atmosphérique

Nouvelle étude : Plus de stockage de carbone grâce à une plus forte stratification des océans

Le climat terrestre a fluctué entre des périodes froides et chaudes pendant des millions d’années. Au cours des « interglaciaires tièdes » – phases chaudes survenues il y a entre 800 000 et 430 000 ans –, les concentrations atmosphériques de CO2 n’étaient que de l’ordre de 240 à 260 ppm (parties par million, c’est-à-dire molécules par million de molécules d’air). Les interglaciaires ultérieurs ont atteint des valeurs de 280 à 300 ppm. En comparaison, la concentration actuelle a déjà dépassé 420 ppm. La raison pour laquelle ces périodes chaudes antérieures étaient plus fraîches restait jusqu’à présent incertaine. Une nouvelle étude met désormais en évidence l’océan Austral, l’océan qui entoure le pôle Sud, comme facteur décisif.

« Nos données montrent pour la première fois qu’une stratification plus forte de l’océan Austral a été déterminante pour les interglaciaires relativement frais avant l’événement Mid-Brunhes », indique le Dr Huang Huang, auteur principal de l’étude. Il a obtenu son doctorat au GEOMAR en 2019 et travaille désormais au laboratoire Laoshan à Qingdao (Chine). L’événement de Brunhes fait référence à un changement climatique important qui s’est produit il y a environ 430 000 ans. À la suite de cet événement, les périodes interglaciaires sont devenues plus chaudes, plus longues et ont connu des niveaux de CO2 plus élevés dans l’atmosphère. « Grâce à notre nouvelle approche méthodologique, nous avons même pu détecter des variations à plus court terme dans l’océan, ce qui nous a permis d’avoir une vision beaucoup plus détaillée de la dynamique de l’océan Austral. »

Un regard sur le passé grâce à une technologie laser innovante

Pour répondre à leur question de recherche, l’équipe a analysé une croûte de ferromanganèse prélevée sur la marge continentale antarctique à une profondeur d’environ 1 600 mètres. Ces croûtes se développent extrêmement lentement et enregistrent la signature chimique de l’eau de mer sur des centaines de milliers d’années.

À l’aide d’une nouvelle technique laser, appelée technique d’ablation laser 2D, qui consiste à vaporiser avec précision de minuscules échantillons de matière puis à les analyser, les chercheurs ont étudié la composition isotopique du plomb conservé dans la croûte. Les isotopes du plomb révèlent le degré de mélange des couches d’eau dans l’océan au cours du passé. Une nouvelle méthode permet également de dater de manière absolue les couches d’un même échantillon de croûte. De cette manière, les changements climatiques passés peuvent être reconstitués avec une très haute résolution temporelle.

« Cette nouvelle méthode laser ouvre des possibilités totalement inédites pour la reconstitution du climat », ajoute le Dr Jan Fietzke, physicien et directeur du laboratoire LA-ICP-MS (laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry) au GEOMAR. « Elle nous permet de mieux comprendre le rôle de l’océan Austral dans le cycle mondial du carbone, ce qui est également pertinent pour prédire les évolutions climatiques futures. »

Stratification plus forte : les processus océaniques déterminent le climat

Les données montrent que pendant les interglaciaires tièdes, l’océan Austral était plus fortement stratifié, les couches d’eau supérieures et inférieures se mélangeant moins. Cela signifie qu’une plus grande quantité de carbone est restée stockée dans les profondeurs de l’océan au lieu d’atteindre l’atmosphère. La diminution du CO2 atmosphérique a entraîné un affaiblissement de l’effet de serre, un refroidissement des températures antarctiques et probablement aussi un élargissement de la calotte glaciaire antarctique. Les résultats soulignent le rôle crucial des changements océaniques dans la sensibilité du système climatique terrestre.

Publication: Huang, H., Fietzke, J., Gutjahr, M., Frank, M., Kuhn, G., Zhang, X., Hillenbrand, C.-D., Li, D., Hu, J., & Yu, J. (2025). Enhanced deep Southern Ocean stratification during the lukewarm interglacials. Nature Communications. DOI : 10.1038/s41467-025-63938-6

Source : Geomar