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Sommet de Copenhague : « le Groenland sans glace dans quelques siècles »

ActualitéClassé sous :climatologie , océanographie , copenhague 2009

Les régions polaires, leurs inlandsis et leurs banquises sont des éléments clés des prévisions de l'évolution du climat mais restent encore imparfaitement compris. Les connaissances, cependant, progressent, comme nous l'explique Valérie Masson-Delmotte, paléoclimatologue.

Changements de température (en haut, en °C) et précipitations (en bas, en %) entre la fin du 20ème siècle et la fin du 21ème siècle, en Europe (à gauche, en hiver, à droite, en été) pour un réchauffement global de 3°C. © Giec, 2007

Les glaces d'eau douce qui recouvrent le Groenland régressent sous l'œil des satellites et participeront pour une bonne part à l'élévation du niveau de la mer et aux changements du climat. Mais la prédiction quantitative est difficile tant la modélisation de la vitesse de fonte d'un glacier en fonction de l'augmentation de la température est un vrai casse-tête.

Malgré ces incertitudes, plusieurs tendances semblent bien établies. Les différents modèles et les observations laissent augurer une régression assez importante de la couverture glaciaire dans la région arctique au cours des prochaines décennies, pour la glace d'eau de mer (la banquise) et pour les glaciers continentaux (l'inlandsis du Groenland). Les conséquences sur le climat, le niveau de la mer et la circulation océanique commencent à se préciser.

Ingénieur au CEA, Valérie Masson-Delmotte est une paléoclimatologue, spécialiste des milieux polaires. Elle a participé à plusieurs programmes internationaux, dont celui du Giec (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat).

Futura-Sciences : Est-il vrai que la calotte polaire arctique fond beaucoup plus vite que les prévisions ? Cela amène-t-il à réviser les modèles ?

Valérie Masson-Delmotte : Il faut distinguer deux types de glace près du pôle nord : d'une part, la calotte de glace du Groenland, formée par l'accumulation de neige et qui repose sur cette île gigantesque, atteignant, en son centre, plus de 3 kilomètres d'épaisseur, et, d'autre part, la banquise, formée par l'eau de mer gelée, qui flotte sur l'océan Arctique.

En ce qui concerne l'inlandsis du Groenland, cette formidable masse de glace couvre une surface de 1,7 million de km2, représente un volume de 2,9 millions de km3. Cela représente l'équivalent de 7 mètres de niveau moyen des mers. La fonte des glaces du Groenland est préoccupante car elle peut apporter une contribution importante à la montée des mers, mais également parce qu'un apport massif d'eau douce dans les océans voisins peut modifier la densité de l'eau de mer en surface et perturber la circulation océanique. L'évolution de la calotte du Groenland est suivie par des observations de terrain, par des relevés répétés d'altitude (in situ, aériens et spatiaux) et par gravimétrie spatiale.

Tous les résultats convergent et montrent une perte nette de glace depuis 1995, qui s'accentue au cours des dernières années, atteignant actuellement de l'ordre de 250 Gt (milliards de tonnes) de glace par an, soit 0,5 mm de montée de niveau des mers par an. Plusieurs études ont montré que l'augmentation de la fonte de la glace à la surface peut entraîner une lubrification et une accélération de l'écoulement des glaciers, et donc du drainage de la calotte. Le réchauffement océanique affecte fortement les langues de glace flottantes en augmentant la fusion sous celles-ci, les amincissant, et accélérant ainsi leur écoulement. La plupart des modèles d'écoulement de glace ont du mal à représenter ces écoulements rapides de glaciers. Il existe des processus amplificateurs, comme la rétroaction liée à l'altitude de la glace : lorsqu'un glacier s'amincit, son altitude baisse, donc la température à sa surface augmente, ce qui augmente la fusion en été etc. Mais il existe également des processus stabilisateurs : lorsque le point d'ancrage des glaciers sur le continent est situé au-dessus du niveau des mers, le retrait des parties flottantes est rapide, mais l'écoulement se ralentit ensuite lorsque les langues de glace flottantes ont disparu.

FS : Quelles pourraient-donc être les conséquences de la disparition des calottes polaires et de leur banquise ?

Valérie Masson-Delmotte : Certaines zones du Groenland sont particulièrement vulnérables, là où une large zone a un point d'ancrage sous le niveau des mers - c'est le cas dans la région de Jakobshavn Isbrae. Le quatrième rapport du Giec a fait état d'un risque de montée du niveau des mers de l'ordre de 18 à 59 cm d'ici à 2100, mais n'avait pas encore d'estimations de la vitesse d'écoulement des calottes de glace et du risque associé. Plusieurs travaux récents suggèrent, compte tenu des vitesses d'écoulement des glaciers observées et des zones vulnérables, que la contribution du Groenland pourrait être de l'ordre de 50 à 100 cm d'ici à 2100. Enfin, de nombreux travaux essaient d'estimer les conséquences à plus long terme de certains niveaux de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Toutes les études de modélisation montrent, avec des concentrations en dioxyde de carbone au-delà de 450 ppmv (parties par million en volume) dans l'atmosphère, une déglaciation du Groenland en quelques siècles.

La fonte du Groenland a également des impacts potentiels sur la circulation océanique car la densité de l'eau de mer dépend de sa température mais aussi de sa salinité. Les instabilités rapides des climats glaciaires montrent très nettement que la circulation océanique est sensible à des apports massifs d'eau douce dans l'Atlantique du nord. Plusieurs études ont commencé à explorer l'impact de la fonte du Groenland sur la circulation océanique - cela n'est pas inclus dans les simulations climatiques « de base ». Elles suggèrent qu'avec un doublement de la concentration atmosphérique en dioxyde de carbone par rapport à son niveau pré-industriel, une fonte accrue du Groenland entraînerait un ralentissement de la circulation océanique dans l'Atlantique nord. Ce changement limiterait le réchauffement du secteur de l'Atlantique nord mais accélérerait le réchauffement de l'Atlantique tropical, l'évolution du climat global restant pilotée par l'augmentation des teneurs en gaz à effet de serre. C'est la seule rétroaction négative que l'on ait trouvée du côté de l'Arctique et elle reste à préciser en améliorant le couplage interactif entre modèles de climat et d'écoulement de la glace.

Le second type de glace provient de la congélation de l'eau de mer en surface. La zone couverte par la banquise arctique en hiver a perdu en moyenne 3% d'extension par décennie depuis 1980 ; mais de l'ordre de 10 % par décennie en été. Ce déclin s'est accentué en 2007, lorsque la zone couverte de glace de mer a brutalement reculé, pour ne représenter plus que 42% de la surface présente dans les années 1980. L'épaisseur moyenne de glace de mer est passée de 3,6 mètres au milieu des années 1980 à 1,9 mètre en 2008. Cette banquise plus jeune, plus fine, se déforme plus facilement et semble plus réactive par rapport aux conditions météorologiques et montre une très grande variabilité, s'étendant largement en hiver mais reculant spectaculairement en été. Le retrait de la banquise modifie la salinité de l'eau de mer, les échanges d'eau et d'énergie entre l'océan et l'atmosphère, l'absorption de rayonnement solaire, et la circulation atmosphérique de l'hémisphère nord.

Cliquer sur l'image pour l'agrandir. Changement d’altitude des calottes (en cm/an, entre les années 1990 et 2003) et de masse (en millions de tonnes /an). Les rectangles correspondent aux périodes d’estimations (axe horizontal) et aux incertitudes (axe vertical). Synthèse réalisée en 2008 et disponible sur le site UNEP Global outlook for ice and snow. © Unep

FS : Peut-on attendre pour bientôt l'ouverture de la navigation en Arctique ?

Valérie Masson-Delmotte : Les modèles de climat montrent tous un retrait de la zone couverte de glace de mer, en réponse au réchauffement du climat lié aux émissions de gaz à effet de serre. Le rapport du Giec (2007) concluait que la fin du 21ème siècle serait marquée par un océan Arctique presque complètement libre de banquise en été. L'évolution de la banquise varie beaucoup d'un modèle de climat à l'autre, car elle ne dépend pas seulement du bilan radiatif polaire, mais aussi du transport de chaleur par l'océan et l'atmosphère vers les hautes latitudes nord. Ainsi, l'évolution future de la glace de mer va dépendre des concentrations de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, mais aussi du signe de l'Oscillation Nord-Atlantique. Il n'existe à ce jour aucune publication scientifique ayant démontré qu'il existe un « point de bascule » critique vis-à-vis de la transition entre un Océan Arctique couvert de banquise hiver comme été et un Océan Arctique libre de glace en été.

La perte de banquise en été a été, ces dernières années, plus rapide que ne le simulaient les modèles de climat pour le début du 21ème siècle. L'observation des processus en cours dans l'Arctique est essentielle pour améliorer la représentation de la glace de mer dans les modèles de climat. Il reste encore très difficile de prévoir à quelle vitesse se produira le retrait de la banquise arctique. Les passages du nord-est et du nord-ouest ont été ouverts ponctuellement à la navigation au cours des derniers étés et devraient l'être de plus en plus régulièrement. Le retrait de la banquise va profondément modifier les écosystèmes marins, à tous les niveaux trophiques.

Il faut noter qu'en parallèle, dans l'hémisphère sud, la zone couverte de glace de mer a légèrement augmenté depuis le milieu des années 1970, au rythme d'environ 1% par décennie, et avec des évolutions très différentes dans les différents secteurs autour de l'Antarctique, en relation avec une intensification de la circulation atmosphérique surtout en automne. Les simulations conduites à l'aide des modèles de climat suggèrent que cette tendance est liée à la perte d'ozone stratosphérique au-dessus du continent antarctique.

FS : Qu'en est-il des possibles dégagements de méthane du pergélisol ou des fonds marins ? Est-ce un fantasme ?

Valérie Masson-Delmotte : On observe bien un réchauffement des sols gelés de l'Arctique. La concentration de méthane dans l'atmosphère avait fortement augmenté depuis la période pré-industrielle, puis s'était stabilisée depuis le milieu des années 1990. Elle est repartie à la hausse en 2007 et 2008 avec pour 2007 une contribution dominante des zones arctiques et pour 2008 une contribution liée aux feux de forêts tropicaux. On n'observe pour le moment pas d'emballement du côté des émissions de méthane. Pour autant, des campagnes océanographiques conduites au nord de la Sibérie ont montré des épisodes de dégazage important de méthane depuis les marges continentales. On observe aujourd'hui un réchauffement particulièrement marqué dans l'Arctique et qui joue sur le pergélisol. Les modèles de climat montrent que le retrait de la glace de mer peut entraîner une accélération du réchauffement des régions continentales arctiques, maximal à l'automne, et une dégradation du pergélisol. Des premières simulations commencent à explorer l'impact de la dégradation du carbone des sols des continents arctiques et montrent la possibilité d'une augmentation très forte des émissions de gaz à effet de serre, surtout dans la seconde moitié du 21ème siècle. Les fonds marins sont riches en hydrates de méthane, et le pergélisol en matière organique. Leur dégagement peut profondément accentuer l'ampleur du changement climatique mais très peu de simulations sont jusqu'à présent disponibles.

Comme paléoclimatologue, je tiens également à souligner qu'il n'existe pas d'indication de déstabilisations des hydrates de méthane pendant les dernières transitions glaciaires-interglaciaires, et un épisode de fort réchauffement climatique lors de la transition Paléocène-Eocène où la seule explication plausible tient à un phénomène de ce type. Enfin, il me paraît indispensable de tester le réalisme des modèles « système Terre » incluant les rétroactions du cycle du carbone par rapport à quelques périodes clés du passé, comme la dernière période interglaciaire, il y a 130.000 à 115.000 ans : du fait d'une orbite terrestre un peu différente, cette période est marquée par un ensoleillement d'été très fort, et les données disponibles suggèrent un réchauffement de l'Arctique de l'ordre de 3 à 5°C (au moins en été). Le projet NEEM vise à extraire des glaces du Groenland de cette période pour connaître les variations du climat et de la teneur en méthane dans l'atmosphère. Par comparaison aux données de méthane issues des glaces de l'Antarctique, cela permettra de connaître le gradient inter-hémisphérique de méthane et de préciser la contribution des hautes latitudes nord.

FS : Y aurait-il des effets positifs du réchauffement climatique ? Quels pays en profiteraient ?

Valérie Masson-Delmotte : Parmi les bénéfices d'un climat plus chaud, il faut noter un adoucissement des températures d'hiver, une diminution des épisodes de grand froid, une moindre demande de chauffage. Aux moyennes ou hautes latitudes, le réchauffement entraînera un allongement de la saison de croissance des végétaux ce qui peut être bénéfique pour l'agriculture. Le recul de la banquise arctique offre de nouvelles zones pour les revendications territoriales et par exemple l'exploration pétrolière, et ouvre de nouvelles routes maritimes, mais il va perturber les écosystèmes et les modes de vie. Je pensais surtout voir des « gagnants » du côté du Grand Nord mais certains éléments récents montrent que la réaction des écosystèmes est complexe : déplacements d'insectes xylophages au Canada, Norvège ou Suède, augmentation des sécheresses en Alaska montrent que les bouleversements climatiques seront plus complexes que le seul effet de la température. Globalement, toutes les études conduites sur les impacts économiques du changement climatique montrent que ce sont les effets négatifs qui dominent, sans aucun doute (cf rapport Stern par exemple).

FS : Est-il possible que le changement climatique « s'emballe » ? Quels phénomènes pourraient provoquer un tel emballement ?

Valérie Masson-Delmotte : Globalement, on ne connaît pas beaucoup de rétroactions stabilisatrices, et la plupart des processus amplifient l'effet direct des gaz à effet de serre. Je pense par exemple à l'effet de la vapeur d'eau et des nuages qui amplifient la perturbation. Sur le moyen terme, à l'échelle de plusieurs décennies, ce sont essentiellement les rétroactions liées au cycle du carbone et aux glaces qui semblent les plus puissantes pour amplifier le changement climatique. Ce qui est pour moi le plus préoccupant, c'est que, pour les climats passés, pour lesquels on teste les modèles de climat utilisés pour évaluer les risques futurs, ces modèles représentent bien les grands traits de climats très différents (climat chaud du Crétacé, climat glaciaire, ...) mais ils ont tendance systématiquement à sous-estimer l'amplitude et la vitesse des changements - peut-être parce qu'ils n'incluent pas toutes les composantes du climat (cycle du carbone, calottes de glace). Sauf dégazage brutal de méthane, je ne vois pas de phénomène qui puisse provoquer un emballement du changement climatique.

FS : Le changement climatique affectera-t-il l'hydrologie en France ? Quels types de problèmes pourraient en découler ?

Valérie Masson-Delmotte : Quand on parle de changement climatique, on le réduit souvent à un changement de température, mais il ne faut pas oublier que c'est toute la dynamique de l'atmosphère qui va être modifiée (voir la figure qui montre l'impact du réchauffement sur le cycle de l'eau, en % de précipitations par °C de réchauffement global). Pour l'Europe de l'Ouest, tous les modèles de climat suggèrent des hivers plus doux et plus humides au nord, plus secs dans le secteur méditerranéen, et des étés plus chauds et plus secs.

De plus, ils simulent également une augmentation des périodes sans précipitations, et des épisodes de très fortes pluies (voir le schéma au bas de l'article). Ces tendances, déjà observée sur les dernières décennies, seront amplifiées selon la vitesse du réchauffement global et donc selon les rejets de gaz à effet de serre. Il faut donc s'attendre, globalement, à des problèmes de gestion de l'eau dans les zones aujourd'hui déjà sous pression (sud-ouest, bassin méditerranéen) et à des risques d'inondation. A cela s'ajoute la fonte des glaciers de montagne, qui va modifier le débit des rivières et des fleuves au cours des prochaines décennies.

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