Ces dernières années, plusieurs épisodes de canicule ont touché l'Europe. Serait-il possible de les prévoir plusieurs mois à l'avance ? Peut-être, si des indices annonciateurs se manifestent dans la circulation de l'eau de l'Atlantique nord. © Marcio Jose Bastos Silva, Shutterstock

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Nos canicules estivales sont peut-être prévisibles grâce à l'océan Atlantique ?

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Les canicules en Europe seraient liées à la circulation des eaux de l'Atlantique, notamment le Gulf Stream. C'est ce que pense l'océanographe Aurélie Duchez, qui travaille au NOC (National Oceanography Centre), au Royaume-Uni, et qui vient de décrocher un financement du fonds Axa. Elle nous explique cette recherche portant sur un thème encore peu connu : le rôle de l'océan sur le climat européen et le développement d'extrêmes climatiques.

Au milieu de l'Atlantique, tous les 18 mois, un navire de recherche parcourt le parallèle 26° nord afin de mesurer la circulation océanique, de la surface jusqu'aux abysses. Lors de ce voyage de deux mois, il s'arrête une vingtaine de fois pour déployer des mouillages ancrés au fond de l’océan, qui seront maintenus à la verticale par des flotteurs. Ces mouillages, constitués de kilomètres de câbles, supportent des instruments mesurant la température, la salinité et la densité de l'eau à différentes profondeurs, afin de fournir une estimation de la circulation océanique à cette latitude. À chaque campagne océanographique, ces instruments sont récupérés, les données sont téléchargées, puis ils seront remis en position pour 18 nouveaux mois d'observation.

Ce réseau de mouillages a été installé dans le cadre du projet Rapid (Rapid Climate Change-Meridional Overturning Circulation) mis en place en 2004. Il permet de mesurer la circulation à grande échelle de l'océan engendrée par les différences de densité (la masse volumique) de l'eau de mer, appelée circulation thermohaline. Les eaux chaudes et salées du Gulf Stream circulent vers le nord et, alors qu'elles atteignent les hautes latitudes au niveau du Groenland et de la mer du Labrador, elles se refroidissent, se densifient et plongent vers les abysses. En profondeur, elles poursuivent ensuite leur chemin vers le sud... rencontrant ainsi les bouées du projet Rapid. Depuis le ciel, les satellites repèrent, eux, les courants de surface dus aux vents (le transport d'Ekman, pour les océanographes).

Récupération des données et travail de maintenance sur un mouillage du réseau Rapid. Les mesures donnent notamment les températures et les salinités ; elles permettent d'estimer le débit des courants profonds de l'Amoc (Atlantic Meridional Overturning Circulation, la circulation méridienne de retournement dans l'Atlantique). © NOC

Canicules et hivers froids seraient précédés d'anomalies dans l'Atlantique

Et puis il y a le câble téléphonique... Posé il y a une trentaine d'années entre la Floride et les Bahamas à 26° N, il traverse le goulet d'étranglement dans lequel s'engouffrent les eaux du Gulf Stream qui continueront ensuite vers le nord en longeant les côtes américaines. « 26° N est l'unique endroit où le Gulf Stream se trouve confiné et où il est possible de mesurer son transport intégralement, explique Aurélie Duchez, océanographe au NOC (National Oceanography Centre, à Southampton, au Royaume-Uni). Ce courant contient de l'eau de mer salée qui peut générer un champ électrique. Lorsque les particules de sel de l'eau de mer - principalement des ions de sodium et de chlore - passent au travers du champ magnétique terrestre, un champ électrique est généré. Ce champ induit une tension dans le câble téléphonique sous-marin et le calcul de la différence de potentiel entre ses deux extrémités nous permet d'estimer le transport du Gulf Stream, mesuré en mètres cubes par seconde ».

Cette jeune chercheuse vient de démontrer un lien entre la circulation à grande échelle dans l'Atlantique nord, dont le Gulf Stream fait partie, et les températures de surface de l'océan Atlantique. Ainsi, un changement abrupt de cette circulation océanique pourrait être à l'origine d'hivers extrêmement froids en Europe, ou des derniers épisodes de canicules estivales européennes, ou encore d'évènements climatiques extrêmes en zones tropicales, comme les ouragans.

Schéma de l'Amoc (Atlantic Meridional Overturning Circulation, la circulation méridienne de retournement dans l'Atlantique), avec le réseau d'observation Rapid sur le parallèle 26° N (les mouillages sont représentés en jaune), de part et d'autre de la ride médio-Atantique (Mid-Atlantic Ridge array). Les flèches noires indiquent le courant dû au vent (le transport d'Ekman), surtout orienté vers le nord. En rouge, le mouvement des eaux supérieures, jusqu'à 1.100 m de profondeur, chaudes. Dans la partie ouest, c'est le Gulf Stream, qui passe tout entier dans le détroit de Floride (Straits of Florida), où il peut être mesuré. La couleur bleue montre le courant d'eau profonde, froide, qui part vers le sud. Les anglophones pourront consulter un article d'Aurélie Duchez sur le blog du Mooc de l'université de Southampton. © Université de Southampton

Améliorer nos prévisions climatiques

Cette vaste circulation Atlantique, aussi appelée circulation thermohaline, ou encore Amoc (Atlantic Meridional Overturning Circulation, ou circulation méridienne de retournement dans l'Atlantique en français), et qu'il faut dessiner en trois dimensions, conditionne en effet notre climat. Le transport de chaleur associé à cette circulation assure, de ce côté-ci de l'Atlantique, un climat bien plus doux qu'en Amérique. À des latitudes égales, Vancouver par exemple, connaît des hivers plus rudes et enneigés que Paris.

Cette Amoc varie à de nombreuses échelles de temps (variations de jour en jour mais aussi selon les saisons et même à des échelles décennales). Comprendre son impact sur notre climat devient de plus en plus important afin d'améliorer nos prévisions climatiques et se préparer à d'éventuels extrêmes.

Le réchauffement climatique pourrait, à l'échelle des décennies à venir, ralentir cette circulation, ce qui pourrait diminuer les températures européennes« La fonte accélérée de la glace de mer du Groenland pourrait apporter un excédent d'eau douce aux hautes latitudes, ce qui, en diminuant la densité de l'eau de mer dans ces régions, pourrait empêcher la plongée de ces eaux denses. »

Le mouillage le plus profond du réseau Rapid, dessiné à l'échelle à côté de l'Empire State Building, la Tour Eiffel et un immeuble de deux étages. © NOC

Le Big Blue Blob annonce-t-il une canicule en Europe ?

Aurélie Duchez, elle, travaille sur le court terme, à l'échelle des saisons. L'étude à laquelle elle participe s'est penchée, entre autres, sur quelques épisodes climatiques exceptionnels, notamment l'hiver 2009-2010 et décembre 2010. « L'hiver 2009-2010 fut marqué par un froid inhabituel et durable, en plus de fortes chutes de neige sur l'Europe jusqu'à la mi-mars, et décembre 2010 a été le mois de décembre le plus froid depuis 100 ans sur la majeure partie du Royaume-Uni. L'été 2010, en revanche, a été marqué par un nombre élevé d'ouragans tropicaux. Ces deux évènements climatiques majeurs ont été associés à un fort affaiblissement de l'Amoc. » En étudiant les corrélations possibles entre l'intensité de l'Amoc et les anomalies de températures de surface de l'océan Atlantique nord, Aurélie Duchez note un délai de 2 à 5 mois, entre une anomalie de l'Amoc et son impact au niveau des températures de surface de l'Atlantique.

« Quand l'Amoc est plus forte que la moyenne, 2 à 5 mois plus tard, on observe des températures plus élevées au nord et plus faibles au sud de 26° N. Dans ce cas, davantage de chaleur est ainsi extraite des tropiques (au sud de 26° N), cette région devenant ainsi plus froide que la normale, et davantage de chaleur est transportée vers le nord de cette section. Si l'Amoc est plus faible que la moyenne, à l'inverse, on s'attend à ce que les températures de surface de l'océan soient plus chaudes que la moyenne au niveau des tropiques, mais qu'elles soient plus froides que la moyenne au nord de 26° N, ce qui pourrait influencer par exemple nos hivers froids européens. » C'est ce qui s'est passé durant l'hiver 2009-2010, où l'Amoc s'est affaiblie de 30 %, un affaiblissement jusqu'à présent encore inégalé dans les mesures.

Les observations récentes de l'océan ont aussi permis de découvrir ce que les scientifiques ont nommé le « Big Blue Blob », en gros la « grosse tache bleue ». Alors que l'année 2015 a été reconnue comme la plus chaude jamais enregistrée, pour les températures sur terre comme dans l'océan, une « tache » de températures froides a été observée en 2015 au sud-est du Groenland, une « tache » (représentée en bleu sur les cartes) que les scientifiques de l'université de Southampton ont réussi à associer à la canicule de l'été 2015 en Europe centrale. Une curieuse corrélation semble aussi apparaître entre un refroidissement similaire et exceptionnel de l'est du gyre subpolaire et la génération des vagues de chaleur les plus intenses d'Europe centrale depuis les années 1980, notamment la canicule de 2003.

L'effet des océans sur le climat

« Nous supposons que le lien entre ces anomalies froides de température de l'océan et les températures extrêmes observées durant plusieurs étés caniculaires pourrait se faire par l'intermédiaire du Jet Stream, ce courant dans la haute atmosphère (entre 7 et 16 kilomètres au-dessus du niveau de la mer) qui sépare le front polaire du front chaud équatorial. Une anomalie de température extrême dans l'océan pourrait avoir un impact sur le champ de pression atmosphérique et ainsi dévier la position du Jet Stream. Si une ondulation du Jet Stream est ainsi générée, l'Europe centrale pourrait se trouver sujette de manière prolongée aux températures chaudes subtropicales, facteur nécessaire à l'apparition d'une canicule. C'est un cas intéressant de l'effet des océans sur le climat, qui, jusqu'à présent, n'a été que peu étudié. »

Parce que son étude permet d'anticiper des risques d'extrêmes climatiques, comme les inondations, les grandes vagues de froid et les canicules, ou encore les ouragans, son dossier lui a amené l'intérêt du fonds pour la recherche de l’assureur Axa, qui finance des travaux dans trois secteurs : l'environnement, la santé et les risques socio-économiques.

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