Faits marquants 2018

La circulation atmosphérique des moyennes latitudes conditionne une partie du climat européen et des moyennes et hautes latitudes de l’hémisphère Sud, où elle est également un élément important pour les échanges océan-atmosphère en CO₂. Au cours des cinq dernières années, nous avons examiné les éléments responsables du changement de cette circulation d’ouest dans l’hémisphère sud et dans le secteur Atlantique Nord – Europe pour le climat du Dernier Maximum Glaciaire (DMG) par rapport à l’actuel. Dans l’article de Chavaillaz et al. (2013) nous montrons (Figure 1) que malgré un forçage radiatif équivalent entre les états DMG et Pré-industriel d’une part, et entre Pré-industriel et RCP4.5 d’autre part, les résultats sont différents pour les deux changements : pour le futur, les modèles simulent systématiquement un décalage du courant-jet vers le pôle, alors que pour le passé la moitié seulement des modèles simulent un tel décalage, les autres simulant un décalage vers l’équateur. Nous avons montré que ces modèles étaient plus sensibles que les autres aux changements d’altitude de la calotte Antarctique imposée dans le protocole DMG, montrant ainsi la potentielle importance des changements de topographie.

Si les dynamiques de l’océan et de l’atmosphère peuvent être représentées par des modèles physiques explicites comme les GCMs, ce n’est plus le cas lorsqu’il s’agit de l’évolution à long terme des calottes de glaces ou bien du cycle du carbone, notamment en réponse aux forçages astronomiques. Afin de construire une théorie de ces variations, nous avons formalisé les principaux mécanismes sous forme d’un modèle conceptuel.

L’évolution couplée climat-carbone lors des cycles glaciaire-interglaciaire peut sans doute s’expliquer via les processus de formations d’eaux de fond Antarctiques (Paillard, 2015 ; Mariotti et al. 2016). Cependant, l’existence de cycles à 400 000 ans dans les enregistrements de ¹³C cycles n’est pas spécifique du Quaternaire (eg. Paillard & Donnadieu, 2014). Sur le Plio-Pléistocène, la modulation d’amplitude de l’excentricité à 2-2,4 millions d’années permet d’expliquer simplement, à travers un modèle conceptuel, non seulement l’allure des cycles du ¹³C, mais aussi, de façon conjointe, une modulation du carbone total sur Terre avec une première chute du CO₂ atmosphérique vers 2,7 Ma BP (début du Pléistocène et des cycles à 41 ka), puis une deuxième chute vers 0.7 Ma BP (Mid-Pleistocene transition, début des cycles à 100ka).

Cette étude montre que si le CO₂ atmosphérique continue d'augmenter, les différences entre été et hiver des extrêmes d'acidité des océans doubleront d'ici à la fin du siècle. Elle met donc en doute l'idée que les régions présentant actuellement une forte variabilité entre saisons pourraient offrir à leurs organismes marins une certaine résistance aux changements des conditions moyennes plus lents mais progressifs, tels que ceux provoqués par l'acidification des océans.

L’augmentation de la différence d’acidité entre été et hiver devrait se produire dans toutes les régions océaniques (Figure 1, en haut). Dans les régions tropicales et subtropicales, l’impact de cet accroissement sur les organismes risque alors de s'aggraver en été lorsque l'acidité est la plus élevée et de s'améliorer en hiver lorsque l'acidité est la plus faible. 

Les projections futures de ces extrêmes saisonniers proviennent de neuf modèles CMIP5. Les études antérieures des changements futurs de l'acidification des océans ont principalement porté sur les conditions moyennes annuelles et ne tiennent pas compte des changements des extrêmes d'hiver et d'été.

L’étude a aussi comparé les projections futures des variations saisonnières de l’acidité aux changements potentiels de la variabilité quotidienne en utilisant des mesures continues de pH recueillies sur deux sites voisins dans la baie de Naples. Un site a servi de référence actuelle, tandis que l'autre montrait les niveaux d'acidité et de CO₂ attendus pour la fin du siècle, étant affectés par le CO₂ volcanique bouillonnant naturellement depuis le fond marin. La différence jour-nuit de l'acidité au site perturbé était d’environ le double de celle du site de référence, ce qui concorde avec les résultats des projections du modèle pour l'amplification saisonnière.