Les glaces de mer, témoins ou acteurs du changement climatique ?

Par Marie-Noëlle Houssais, Chargée de recherches au CNRS, au Laboratoire d'océanographie dynamique et de climatologie de l'université Paris 6 Pierre et Marie Curie, membre du comité d'experts du Cercle Polaire.

A en croire les observations les plus récentes, la banquise arctique semble décidée à jouer le rôle de témoin à charge majeur du réchauffement climatique. Même les glaces pluriannuelles capables de survivre à une ou plusieurs saisons de fonte ne paraissent plus inébranlables. Les mesures satellitales de la concentration de glace recueillies depuis la fin des années 1970 suggéraient déjà une tendance persistante à la diminution de l'étendue des glaces polaires arctiques, dans une proportion moyenne de 3 à 4 % par décennie. Mais elles montraient aussi que cette diminution, clairement visible sur l'étendue minimale de glace en été, semblait affecter principalement les glaces jeunes de l'est de l'Arctique, au large du continent eurasien, et restait peu perceptible en hiver. Or récemment, le radiomètre SSM/I de la NASA révélait qu'en 2005, la couverture hivernale de glace avait subi le même sort, montrant une étendue en nette diminution par rapport aux années précédentes. Cette tendance se confirma lors de l'hiver 2006. Déjà, dans les années 1990, la marine américaine, en rendant publics les relevés sonars des sous-marins qui avaient patrouillé en Arctique pendant la guerre froide, avait permis à des chercheurs américains de mettre en évidence un amincissement de 40 % entre les années 1960 et les années 1990 sur un large domaine de l'Arctique. Le signal d'alarme était déclenché et préparait les esprits à admettre l'évidence : l'océan Glacial arctique risquait bien de perdre, au moins saisonnièrement, le couvercle de glace qui lui valait son nom, devenant ainsi le théâtre de changements radicaux tant au plan climatique qu'économique, écologique et humain.

Reste qu'avant que soit posée la question de la disparition de la banquise arctique, le doute a longtemps subsisté sur la réalité du signal climatique. Les séries temporelles précises d'étendue de glace n'atteignent pas 30 ans, une durée relativement courte pour extraire une tendance significative au regard d'un "bruit" interannuel ou même décennal important. On peut ainsi identifier, au cours de ces 30 années, des périodes plus restreintes où l'étendue des glaces est restée relativement stable. De surcroît, on observe de forts contrastes régionaux, liés pour une grande part à la distribution spatio-temporelle inégale du réchauffement atmosphérique en Arctique. Il est des régions, telles celles situées au nord du Groenland ou du Canada, où la tendance moyenne de la concentration des glaces sur la période des satellites indique une légère augmentation qui contraste avec la diminution marquée observée dans l'est de l'Arctique. Une part importante de l'incertitude sur l'évolution des glaces est aussi liée à l'impossibilité jusqu'à ce jour d'obtenir une cartographie globale de son épaisseur et d'en suivre l'évolution. Connaître l'épaisseur de la banquise arctique pour en évaluer sa masse est essentiel si l'on veut estimer l'inertie thermique de l'océan Arctique et sa capacité à répondre aux changements du climat. En 2005, l'échec du lancement du satellite CryoSat, équipé d'un altimètre dédié à la mesure de l'épaisseur des glaces, a fait reculer de quelques années la perspective d'une avancée pourtant très attendue. Au sein d'une mer entourée de terres comme l'Arctique, la redistribution de l'épaisseur des glaces résultant de leur déformation sous l'action des vents et des courants, notamment sous la forme de crêtes de compression, peut se produire sans que le volume global de glace soit nécessairement altéré. L'épaisseur de la glace est donc largement dépendante de la pression de surface sur l'océan Arctique. Celle-ci se caractérise, au cours des dernières décennies, par une suite de régimes atmosphériques contrastés, dominés alternativement par une hausse ou une baisse de pression au centre de l'Arctique quand il y a une baisse ou une hausse de pression à la périphérie de l'Arctique.

C'est cette alternance de pression que l'on associe à l'oscillation arctique (OA). En phase positive de l'OA, on assiste à un transfert des glaces du bassin eurasien vers le bassin canadien conduisant à leur accumulation dans les régions situées au nord du Canada et du Groenland. Or, une telle situation a dominé de façon persistante entre 1989 et 1995, précisément lorsqu'ont été recueillies les données des sous-marins américains. D'où un doute sur la signification du signal mesuré : peut-on interpréter comme une diminution du volume global des glaces arctiques des variations d'épaisseur estimées à partir d'un échantillonnage spatio-temporel restreint et hétérogène, négligeant en particulier les zones d'accumulation de l'ouest de l'Arctique ? C'est là une des questions majeures que se posent actuellement les scientifiques. Mobilisés autour d'efforts internationaux concertés, tel le projet Damocles (Developing Arctic Modeling and Observing Capabilities for Long-Term Environmental Studies), porté par l'Union européenne, ils vont s'attacher pendant quatre ans (2006-2009) à cartographier l'épaisseur de la banquise, à partir notamment de réseaux autonomes de flotteurs dérivants équipés de sonars, et à surveiller simultanément l'état climatique de l'Arctique.

En dépit des incertitudes, les chiffres les plus récents parlent d'eux-mêmes, en particulier depuis que les tendances sur la concentration et l'étendue des glaces de l'hémisphère Nord se sont accentuées. Suite aux records enregistrés depuis 2002, le minimum annuel de l'étendue des glaces est actuellement inférieur à 6 millions de km 2 , ce qui, comparé aux 8 millions de km 2 observés vers la fin des années 1970, représente un déclin de plus du double du déclin moyen annuel. Plus grave, ces minima records n'ont pas été suivis du rétablissement normalement attendu l'hiver suivant et les étendues au contraire exceptionnellement faibles des hivers 2005 et 2006 ont à chaque fois fait chuter le maximum annuel de glace de 6 %. Tout aussi préoccupant est le fait que cette diminution touche la proportion de glace pluriannuelle qui, du fait de son épaisseur importante, constitue la principale réserve de glace de l'Arctique. Sur les quinze dernières années, elle aurait diminué d'environ 20 %, corrélativement à l'augmentation de son export vers l'Atlantique par le détroit de Fram.

Les prévisions les plus récentes issues des modèles de climat mis en œuvre dans le cadre du GIEC sont encore plus alarmantes. Toutes prévoient une diminution abrupte de l'étendue de la banquise arctique dans les prochaines décennies, conduisant à son éventuelle disparition l'été. L'échéance de cette disparition est bien sûr fonction du scénario envisagé pour l'augmentation du CO 2 atmosphérique ou du modèle utilisé, mais pour certains, elle est de l'ordre de 30-50 ans. Clairement, si l'on considère que le réchauffement de la planète, avéré depuis le début de l'ère industrielle par les enregistrements de température de l'air, n'a commencé à ébranler sérieusement la banquise qu'il y a une cinquantaine d'années, il s'agit d'un emballement du système climatique en Arctique. La glace de mer possède des ressorts intérieurs qui lui permettent de résister aux fluctuations du forçage atmosphérique, mais seulement jusqu'à un point de non-retour où surgissent des changements brutaux et irréversibles, d'où l'impossibilité de la banquise à rétablir sa couverture hivernale ces deux derniers hivers après les diminutions record observées les étés précédents. Pour comprendre ce comportement, il faut revenir à ce qui constitue la nature de la glace de mer, caractérisée notamment par ses propriétés isolantes et son fort pouvoir réfléchissant. C'est ce dernier qui explique l'accélération du processus de fonte des glaces en été et une augmentation de la température de l'air aux hautes latitudes plus rapide que sur le reste du globe, tant sur la période récente que dans les scénarios futurs.

Pour autant, identifier les causes de la diminution de la banquise arctique n'est pas un exercice facile. Si l'augmentation de la température de l'air reste le candidat de premier choix, elle n'est pas la seule cause à incriminer. On suspecte que les changements de circulation atmosphérique en relation avec l'OA ou, dans le Pacifique, l'oscillation décennale pacifique (ODP), peuvent constituer des facteurs déclenchants vis-à-vis des variations de la banquise, en contrôlant notamment le déplacement des masses d'air chaud des latitudes tempérées vers l'océan Arctique, mais aussi la fréquence des cyclones et la dérive des glaces. En particulier, une phase positive de l'OA semble favoriser l'expulsion des glaces pluriannuelles de l'Arctique vers l'Atlantique Nord par le détroit de Fram. Au-delà des effets purement dynamiques, c'est aussi le couplage étroit entre ces effets et la réponse thermodynamique de la glace qui rend difficile l'interprétation des variations de la banquise et leur prévision. Ainsi, une phase positive de l'OA induit une tendance à la divergence de la banquise qui favorise sa dislocation et la pénétration du rayonnement solaire dans l'océan. Par ailleurs, il est aussi fort probable que les changements radicaux de la circulation océanique en Arctique aient un impact notable sur la fonte des glaces. L'augmentation du contenu en chaleur des couches de subsurface de l'océan Arctique, qui subissent depuis le début des années 1990 l'influence accrue des eaux chaudes d'origine Atlantique, est un facteur aggravant probable de la diminution des glaces.

Quelles que soient les causes retenues pour expliquer les changements récents de la banquise arctique, demeure la difficulté d'estimer la part des effets anthropiques au regard de la variabilité naturelle. On sait que la température de l'air en Arctique a subi au cours du dernier siècle, et notoirement dans les années 1930-1940, des fluctuations dont l'amplitude et la durée furent très semblables à celles de l'augmentation actuelle. Même si, à la différence de cette dernière dont l'échelle est globale, le réchauffement des années 1930-1940 est resté confiné aux régions polaires, rendant peu probable une origine anthropique, il démontre l'existence d'une variabilité lente du climat en Arctique dont les échelles de temps sont voisines de celles du forçage anthropique. Similairement, on peut se demander dans quelle mesure les anomalies de circulation atmosphérique diagnostiquées sur le dernier siècle et qui correspondent à des modes de variabilité naturelle du climat, ont vu – et verront – leur amplitude, leur phase ou leur fréquence modifiées par l'existence d'un « climat » moyen plus chaud. De plus, au vu de l'imbrication complexe entre processus dynamiques et thermodynamiques au sein du système couplé océan-glace atmosphère, il y a fort à parier que des anomalies atmosphériques oscillatoires de type OA ou ODP, dont l'échelle de temps est par définition limitée, puissent induire des réponses persistantes impliquant des changements irréversibles.

La difficulté à anticiper le devenir de la banquise Arctique et son impact sur le climat vient aussi du fait que la glace de mer et l'océan exercent l'un sur l'autre un contrôle mutuel qui n'est pas restreint à l'Arctique mais implique l'échelle globale planétaire. Ce contrôle opère via les variations du flux de chaleur et d'eau douce à la surface de l'océan, intimement liées aux variations de la couverture de glace de mer dans les régions polaires et que l'on soupçonne avoir des répercussions sur la circulation océanique globale. En particulier, les régions subpolaires de l'Atlantique Nord (mers Nordiques, mer du Labrador) sont des sites de convection –  mouvement vertical de plongée des eaux de surface – où se forme une part importante des eaux denses de l'océan mondial. L'activité convective dépend crucialement de la stabilité des eaux qui, dans ces régions, est assurée par la présence d'une couche de surface froide mais peu salée. Qu'un excédent de glace apporté par le détroit de Fram vienne à fondre dans ces régions, l'eau douce ainsi injectée dans la couche de surface océanique renforce sa stabilité et peut ralentir, voire arrêter la convection. Or cette dernière est, sinon le moteur, du moins un maillon essentiel de la circulation thermohaline (CTH) océanique dont elle alimente la branche profonde qui transporte les eaux denses formées vers l'équateur. De plus, il est presque certain que la variabilité de la CTH influence en retour l'état de la banquise et le climat. Dans l'Atlantique, ce « tapis roulant » océanique transporte en surface vers le nord des eaux chaudes et salées d'origine tropicale via notamment le Gulf Stream et la dérive nord-atlantique. La pénétration plus avant dans l'Arctique de ces eaux chaudes peut faire reculer le bord de glace, autorisant des échanges de chaleur plus intense entre l'océan et l'atmosphère, un scénario évoqué par les scientifiques pour expliquer le réchauffement de l'Arctique au milieu du siècle passé. A l'inverse, si ces eaux n'atteignaient plus l'Arctique, il est raisonnable d'envisager une extension de la banquise vers le sud, un blocage de la convection dans les régions subpolaires et un refroidissement général des latitudes tempérées. L'éventualité d'un tel ralentissement est l'enjeu des débats actuels sur le devenir du climat. Si l'effet d'anomalies d'eau douce ponctuelles, telle la « grande anomalie de salinité », sur la convection a bien été observé par le passé en mer du Labrador, si l'on note par ailleurs actuellement une diminution de la salinité des eaux denses exportées des mers Nordiques vers l'Atlantique Nord, un éventuel ralentissement de la CTH reste encore à mettre en évidence. Des mesures dédiées, capables de documenter les grandes échelles de temps et d'espace qui caractérisent cette circulation, font encore défaut.

Restent les modèles climatiques qui, si l'on en croit le dernier rapport du GIEC à paraître, sont unanimes à prédire, bien qu'à des degrés et échéances divers, un ralentissement de la CTH sur le siècle à venir. Son effet sur le climat reste encore difficile voire impossible à prévoir, en raison des multiples rétroactions internes au système climatique. Si les causes essentielles de ce ralentissement résident dans l'augmentation des précipitations et le réchauffement de l'océan aux hautes et moyennes latitude, d'autres éléments cruciaux comme l'effet des apports d'eau douce en liaison avec la fonte de la banquise arctique sont encore insuffisamment compris. Même si la fonte de la banquise est sans effet sur le niveau des océans, une augmentation de 10 % du flux de glace passant au travers du détroit de Fram entraînerait une excédent d'eau douce pour l'Atlantique du même ordre de grandeur que les quelque 250 km 3 d'eau de fonte déchargés annuellement par la calotte groenlandaise. Des études de scénarios climatiques récentes montrent cependant que, parallèlement au ralentissement de la CTH dans l'Atlantique Nord, l'on pourrait assister à une intensification du flux d'eau de l'Atlantique vers l'Arctique en liaison avec la reprise de la convection sur les plateaux sibériens. Cette reprise serait due à l'augmentation de la croissance de glace déclenchée par l'amincissement de la banquise. L 'analyse des climats du passé suggérait déjà que ce type de convection liée aux rejets de sel issus de la congélation de l'eau de mer était susceptible de se substituer à la convection thermique lors des événements froids de la dernière période glaciaire. Si de tels événements venaient à se produire, ils auraient la capacité de relancer le tapis roulant océanique et la machine thermique qui lui est associée. L'océan n'a décidément pas fini de nous surprendre.

POUR EN SAVOIR PLUS

@ « Thinning of the Arctic Sea-Ice Cover », de Drew A. Rothrock, Yanling Yu et Gary A. Maykut, ( in « Geophysical Research Letters », n° 23, p. 3 469-3 472, 1999). • « Satellite Evidence For an Arctic Sea-Ice Cover in Transformation ». de Ola M. Johannessen, Elena V. Shalina et Martin W. Miles, ( in « Science », n° 286, p. 1937-1939, 1999). • « Future Abrupt Reductions in The Summer Arctic Sea-Ice », de Marika M. Holland, Cecilia M. Bitz et Bruno Tremblay, ( in « Geophysical Research Letters », vol. 33, 2006).

Retour accueil

Marie-Noëlle Houssais © 2007- Le Cercle Polaire - Tous droits réservés