Un refroidissement est en marche sur l’Atlantique Nord
Un refroidissement en marche sur l’Atlantique Nord
par Dr Brigitte Van Vliet-Lanoë, Directeur de recherche CNRS, émérite
et J. Van Vliet , Master en Sciences et Master et Engineering, directeur retraité
Article initialement publié sur le site Science climat et énergie.
Introduction
Nous pouvons comparer la Terre à une habitation avec un chauffage central, dont la chaudière serait chauffée par notre étoile, le Soleil. Les radiateurs-accumulateurs sont constitués par l’océan avec, le cas échéant, une évaporation intense responsable d’une augmentation de la teneur en vapeur d’eau de l’atmosphère et des précipitations intenses. Cependant, la maison ne sera bien chauffée que s’il y a une pompe de circulation : c’est la circulation thermohaline des océans (THC), ou « thermal conveyor belt ».
Selon Eirıksson et al., 2006, une interaction évidente existe entre les processus atmosphériques et la THC, comme en atteste la grande variabilité de la température de l’océan au Moyen-âge et pendant le Petit Age glaciaire (PAG). Cela a été aussi le cas pour les températures à la surface de la mer d’Islande et sur la marge ibérique, plus élevées pendant la période chaude romaine que pendant la période chaude médiévale. Cependant, bien qu’un certain nombre de données indiquent un réchauffement des eaux côtières et du plateau continental au cours des 200 dernières années, le XXe siècle ne semble pas inhabituel par rapport aux deux derniers millénaires. Les périodes climatiquement instables et plus fraîches sont associées à de très fortes tempêtes (Lamb & Frydendahl 1991; van Vliet-Lanoë et al. 2014; Goslin et al., 2018), comme le rappelle l’épisode de l’Invincible Armada espagnole qui a perdu en 1588 trois fois plus de navires face aux tempêtes que face à la marine anglaise.
Au cours du dernier millénaire, des changements notables ont été enregistrés des températures chaudes à la surface de la mer (SST) associées une THC active entre 700 et 1000 AD, une phase de transition beaucoup plus froide associée à des tempêtes monstrueuses entre 890 et 1060 AD (Van Vliet-Lanoë et a.l, 2014) et un ralentissement de la THC entre 1000 et 1300 AD, remplacée pendant le PAG, par des SST plus froides jusqu’à 1900 AD, puis suivi d’une légère ré-accélération très brève de la THC, des eaux de surface étant légèrement plus chaudes au milieu du XXe siècle (Fig. 1).
Les phases de fonte épidermiques du Groenland et l’éjection de la banquise ancienne du bassin arctique dans les années 1990-2000 ont considérablement modifié le climat continental européen en ralentissant la THC dans l’Atlantique Nord. L’eau douce de fonte a réduit la salinité de l’Atlantique Nord rendant l’eau de surface moins dense (et moins lourde), de sorte qu’elle ne peut pas couler correctement dans les profondeurs. Comme le courant océanique profond ne coule pas aussi vite qu’en surface, il cause un « embouteillage », ce qui ralentit tout le courant.
La THC se ralentit en fait rapidement depuis la déglaciation du PAG (Minimum de Dalton ;1800-1815) avec une réduction de plus en plus rapide les dernières décennies (Thompson et al., 2010; Rahmstorf et al., 2015; Caesaer et al., 2021 ; Fig. 1), accentuée possiblement par d’autres effets liés directement ou indirectement aux forces de marée du système solaire.
Néanmoins le décalage entre le réchauffement atmosphérique, l’apport d’eau douce de fonte et le réchauffement de la masse océanique est de l’ordre de 300 ans, donc le milieu du XIX s, confortant les anomalies de température. Cette évolution est parallèle avec l’évolution des SST au Nord de l’Islande et sur la marge Ibérique (Eiriksson et al. 2006). Cependant ces courants ne se sont jamais arrêtés, même au plus froid de la dernière glaciation, amenant une exacerbation du contraste entre les centres de pressions de l’Atlantique et une extension de l’aridité sur l’Ouest Européen et sur l’ouest de l’Afrique.
En ce qui concerne le « chauffage central », pendant la fin du XXe siècle, nous avons subi, depuis les années 1960, 3 cycles particulièrement intenses d’activité solaire (cycles 19 et 21 et 22), ce qui s’est exprimé avec un décalage d’une trentaine d’années, par la période chaude du « Global Warming » qui s’est terminée au début du XXIe siècle (Van Vliet, J., 2020). Une série de cycles solaires plus faibles a démarré en 2008 (cycles de Schwabe 24, 25 et 26/modèle) amenant potentiellement un refroidissement de l’Arctique, une forte instabilité du Jet Stream, avec une remontée estivale des dépressions cycloniques jusqu’au Spitzberg ou en Alaska (Shishmareff), disloquant la banquise au printemps.
L’intensité du réchauffement liés aux cycles solaires intenses augmente avec la latitude et est particulièrement puissant en Arctique (+4°C) et corrélée pro parte avec la fonte estivale de la banquise. Cette anomalie anthropogène aux yeux de l’IPCC, est en fait surtout corrélée avec 1° l’obliquité du rayonnement solaire estival à hautes latitudes, et 2° son absence en hiver du fait de la position de la Terre par rapport au plan de l’écliptique et de sa variation saisonnière (précession orbitale) (Berger, 1979). Il apparaît donc que la configuration actuelle proche du maximum de précession qui a eu lieu il y a 1 000 ans, correspond à une configuration propice à l’installation d’un climat plus froid. Cette installation est légèrement contrebalancée par :1° la diminution de l’obliquité, le dernier maximum ayant eu lieu il y a 10 000 ans (Berger et Loutre, 1991), et 2° la diminution de l’excentricité depuis 12 000 ans. Ainsi, les conditions orbitales tendent actuellement vers des conditions propices à une entrée en début glaciaire.
Le contexte météorologique
La météorologie, en Europe occidentale, est très largement influencée par la localisation et la puissance des deux centres d’actions que sont la « dépression d’Islande » et « l’ anticyclone des Açores ». Les caractéristiques de pression habituelles relevées dans l’Atlantique Nord sont une grande région de haute pression (High ou H) centrée sur les îles des Açores autours de 30°N, et de basse pression (Low ou L) centrée sur l’Islande la dépression subpolaire ou islandaise. L’intensité et l’extension spatiale de ces pôles de pression ont une très forte influence sur les conditions météorologiques et climatiques hivernales en Europe et en Amérique du Nord, et peuvent s’étendre plus loin en Asie du Nord si les phases sont prolongées. L’oscillation nord-atlantique ou NAO enregistre ces changements relatifs de pression entre les deux régions encadrant l’Atlantique Nord.
La NAO positive est comme dans les années 1997-2000 associée à un H et un L peu contrastés, le H des Açores est réduit en extension sur l’Atlantique. Elle est généralement associée à une période chaude, pluvieuse et assez calme d’un point de vue météorologique mais, pouvant en Europe évoluer en précipitations intenses de neige et de pluie comme pendant les hivers 1999-2000. Les dépressions classiques se forment à l’aplomb de masses d’eaux chaudes, évoluant en « ouragans ». Elles se forment généralement dans le Golfe de Guinée, celui du Mexique ou à l’aplomb du courant chaud du Gulf Stream, en contexte tempéré (NAO+). Mais leur fréquence est en train de baisser depuis 1880-1900 (Chand et al., 2022) après une petite augmentation entre 1975 et 2003.
En bascule vers une NAO négative, cet anticyclone s’étend jusqu’à la côte européenne et fusionne avec la haute pression saharienne, bloquant le passage vers l’Est des dépressions et donc amenant une sécheresse en Europe et le bassin méditerranéen (Cresswell-Clay et al., 2022). Ce passage vers une NAO négative est contrôlé par un changement dans l’intensité et d’emplacement du jet stream polaire sur l’hémisphère Nord. Les hautes pressions sont souvent associées à des tourbillons circulaires du jet stream qui bloquent les dépressions cycloniques, par exemple sur les Iles britanniques (Fig. 2) permettant la circulation des langues de hautes pression correspondant aux anticyclones mobiles polaires (AMP : voir 2/2).
Les jets stream sont des vents d’altitude très rapides localisés en couloirs vers 10 km de hauteur dans la très haute troposphère. Ils ondulent faiblement en latitude en cas de NAO+, mais en NAO- oscillent de 32-36°N jusqu’au Spitzberg, pour atteindre au maximum la convergence intertropicale des vents (ITCZ), située entre 16.5 °N (interglaciaire, Cap Vert) et 5°N (glaciaire, Cap Palmas), c’est-à-dire au Sud de la limite des oscillations du jet polaire. Les 3 phénomènes importants sont l’ITCZ, une zone des agglutinations anticycloniques affaiblis à 40°N, descendant exceptionnellement jusqu’à l’ITCZ, et un jetstream polaire ondulant de 80 à 32 °N mais pouvant aller exceptionnellement jusqu’à 30°N proche du contact avec le jet tropical. Il est associé en hiver à partir de 66-75°N au vortex stratosphérique sur l’Océan Arctique.
De la météorologie au climat et au paléoclimat.
Depuis les années 1960, nombre de chercheurs ont mis en évidence un contrôle important de l’activité solaire (irradiance solaire) sur les conditions météorologiques à moyens et courts termes, surtout en utilisant les taches solaires comme traceurs de cette activité, mais également sur les paléoclimats à travers les phases de réchauffement de type Dansgaard- Oeschger (DO), mesuré au travers de différents proxies directs comme le 14C ou le 10Be ou, indirects comme la température de surface de l’océan (SST) ou encore le niveau de précipitation. Ce contrôle s’arrêterait selon l’IPCC 2007 avec l’industrialisation du XXIème siècle et sa production de CO2.
Cela a déjà de par le passé entraîné une migration vers le sud de la zone de subsidence vers les grands fonds des eaux froides et sursallées, la NADW (North Atlantic Deep Water), de la THC, avec une diminution temporaire du transport thermique superficiel via le Gulf Stream. Par conséquent toute la zone nord-est de l’Atlantique, de l’Europe tempérée jusqu’au Groenland se rafraichit avec une ré-extension de la banquise. Néanmoins, la THC ne s’arrêtera pas à cause des forces de Coriolis et de la pérennité des vents qui l’entretiennent (Ezat et al., 2014), elle se confinera par contre en surface dans une bande latitudinale plus étroite et une circulation persistera sous la couche d’eau dessalée, comme aujourd’hui en Arctique.
Même si le forçage orbital de l’hémisphère Sud ne se traduit que 3000 ans plus tard sur les températures de l’Arctique, l’activité solaire, elle donne la prévalence à l’Atlantique nord, exutoire principal du bassin arctique: les autres oscillations (AMO, NAO, El Niño, PDO ou Pacific Decadal Oscillation, etc) en découlent avec un décalage temporel de plus en plus important vers le Sud et vers le bassin nord pacifique.
Cet apport énergétique à la surface de la Terre est en outre perturbé par les grosses éruptions volcaniques et ses émissions de cendres et d’aérosols sulfuriques (SO2), qui réduisent à la manière d’un filtre solaire, le rayonnement incident au sol. Cela fut il y a quelques années le cas du Pinatubo en 1991, qui a entraîné un refroidissement temporaire mondial de 1°C, ou du volcan Toba il y 73 000 BP, qui a déclenché la formation des grands inlandsis de l’hémisphère Nord (Svendsen et coll., 1999).
L’évolution météorologique est une image à très court terme du système climatique : elle n’a de valeur que si on l’intègre dans un contexte au minimum décennal. Madame Soleil (F) et Monsieur Météo (B) ne peuvent pas prédire l’évolution du climat. Encore moins les médias.
Les variations de l’activité solaire (TSI) et ses phénomènes amplificateurs
Les valeurs des variations de l’irradiance au cours des cycles solaires sont très faibles, trop limitées pour expliquer à elles seules la variation de température observées ces dernières décennies. Le cycle à 11 ans de l’activité solaire présente quelques irrégularités en durée avec des cycles allant de min 9 à max 14 ans. Lorsque le cycle est court (environ 10 ans), le nombre de taches magnétiques solaires est élevé et l’irradiance peut augmenter de 0,23 %. Il fait chaud. Lorsqu’il est long, c’est l’inverse. La variation d’irradiance mesurée pour le cycle 22 (de durée 9,9 ans) est de 0,07 %. Le maximum d’irradiance récent correspond à la canicule de 2001 (cycle 23, durée 12,3 ans). Celles de 2003 et 2018 correspondent par contre à l’apport énergétique puissant et polaire du vent particulaire émis par le soleil, sous contrôle du champ magnétique terrestre (Van Vliet, 2019). Pendant le « refroidissement » de 1970 (1945-1975), les cycles étaient un peu plus longs et les taches sont passées par un bref minimum lors du cycle 20. Le dernier cycle 24, d’une durée de 12 ans a montré une réduction notoire du nombre de taches, et il a également été marqué par des hivers rigoureux en milieu continental comme ceux des périodes de minima solaire : l’activité solaire vient de passer par un minima. Le cycle 25 semble également se révéler comme un cycle faible, mais ceci ne pourra pas être confirmé avant 2025.
Les variations très faibles de la TSI sont d’abord accentuées par une accumulation thermique dans les 700 m supérieurs de l’océan intertropical (augmentation de 5% des UV solaires irradiés), ce qui a induit un accroissement des des températures de surface de l’océan SST en 1997-1998 et en 2017-2019, ce qui perturbe pour quelques années les températures mondiales, accompagnée par une perturbation thermique positive des eaux de surface du Pacifique (El Niño) ou de l’Atlantique, avec une perturbation moindre à hauteur de la zone de l’ITCZ. Ce phénomène est associé pour notre région avec une NAO instable, mais plutôt positive. Dans ce cas la banquise régresse.
Un second facteur d’accentuation du réchauffement est induit par la vapeur d’eau, le gaz à effet de serre le plus puissant. Ce réchauffement induit dans l’atmosphère un dégazage secondaire du CO2 par l’océan (SCE), des précipitations plus élevées et l’arrivée par convection de vapeur d’eau dans les 500 km inférieurs de la stratosphère, là où son effet de serre pourra s’exprimer pleinement. Ceci explique l’augmentation de la fréquence et l’intensité des évènements El Nino entre 1975-2021, associés aux trois cycles solaires correspondants (19-20-22). Deux évènements majeurs sont marqués en 1992-1993 et surtout 1997-1998. Ces évènements ont eu des répercussions sur l’ensemble de la planète: le réchauffement « global » s’est fait sentir avec le premier super-Nino de 1992-1993 avec une augmentation synchrone et brutale de la température à Brest mais également au Spitzberg. Le maximum de fonte du pergélisol en Alaska est atteint en 1996. Le second super-Nino a été le plus important et le responsable des inondations de 1999-2000 en Europe (Van Vliet-Lanoë, 2021).
Un troisième mécanisme intervient: le vent solaire. Ce dernier est contrôlé par l’activité solaire ainsi que par le champ magnétique terrestre. Sa diminution refroidit globalement la température de surface polaire (durée du jour au pôle et albédo), et donc les masses d’air polaires (Van Vliet, 2019). Cet apport de protons interagit donc directement avec le jet-stream polaire en parallèle avec l’extension de la banquise (Solenheim et al. 2021) et donc sur la génération de la NAO. L’oscillation multidécadale atlantique ou AMO (cycle de 60 ans) est en antiphase avec celle de NAO et redevient négative, tout comme la Pacific Decadal Oscillation (Fig.4).
Un quatrième mécanisme est actif au niveau de la couche d’ozone au sommet de la tropopause. Les UVC solaires (0,28 -0,1 µm) sont interceptés en haute altitude par cette couche qui se détruit surtout sous l’impact avec protons solaires véhiculés par le vent, de manière nettement plus efficaces que les seuls UV solaires. Les protons (H+) incidents amènent dans la basse stratosphère la génération de vapeur eau en se combinant à l’ozone dissociée. Pour un tel évènement (juillet 2000), un chercheur a calculé une augmentation de près de 2% de la teneur en vapeur d’eau de la basse stratosphère (Krivolutsky et al., 2005). Cet apport de protons en période de fort vent solaire induit d’abord un bilan énergétique positif en zones polaires, mais augmentent également la nébulosité et la turbulence donc une accumulation thermique en régions intertropicales. Des vents solaires faibles favorisent le développement d’une haute pression atmosphérique froide sur l’océan Arctique : les futurs Anticyclones mobiles polaires ou AMP (voir partie 2/2).
Ces mécanismes amplificateurs de l’influence solaire (TSI) s’additionnent donc plus efficacement que la seule TSI. A ces facteurs d’amplification se surajoutent des effets rétroactifs, cette fois de nature essentiellement anthropiques (érosion des sols, aridification, urbanisation, GES dont surtout la vapeur d’eau produite par la combustion des hydrocarbures et les arrosages). Mais surtout le rôle de l’océan est primordial, en tant que stockage d’énergie, comme l’a souligné J.C. Duplessy (1996) . Il est responsable de la cyclicité à 1500 ans qui domine l’Holocène depuis 6000 BP et d’une part très importante du CO2 atmosphérique dégazé à partir de son réchauffement solaire.
Et le système solaire là-dedans ?
Une théorie tidale du système solaire comme contrôle sur le climat a été développée par Keeling & Whorf, 2000; avec synthèse dans Hung, 2007) donne pour origine de ces cycles les « marées solaires » provoquées par les planètes du Système solaire, principalement Vénus, Terre, Mercure, Mars, Jupiter et Saturne.
Hung (2007) a mis en évidence une relation entre la position des planètes « génératrices de marées solaires », Mercure, Vénus, Terre et Jupiter, et 25 tempêtes solaires parmi les 38 plus importantes de l’histoire. Il a mis en évidence un cycle de 11 ans décrit par le groupe Vénus-Terre-Jupiter correspondant à celui des taches solaires. Solhenheim et al (2021) ont montré que la périodicité de 179 ans, caractéristique des forçages planétaires, correspond étonnamment bien (Fig. 5) à l’extension de la banquise de la mer de Barents (BIE) sous influence du vent solaire et son impact sur la magnétosphère terrestre (cycles à 11 ans).
Apport de la Géologie
Toute période climatique de réchauffement est associée au niveau mondial à un niveau marin élevé, des précipitations élevées et une production végétale importante, celle qui a nourrit les brontosaures, il y a > 60 Ma, malgré une PCO2 de 1000 ppm !! C’est ce que nous racontent les archives géologiques.
Par contre, un refroidissement climatique est associé – à une baisse des précipitations très marquée comme cette année 2022, à une baisse de la PCO2, du fait de sa très forte solubilité dans les eaux froides (Larryn et al., 2003), – à une aridité et, in fine – à une augmentation de la force et de la fréquence des vents (instabilité atmosphérique). Cette année, outre la sécheresse et les vagues de chaleurs en alternances avec l’arrivée d’air polaire, viennent se surajouter une fonte très limitée du Groenland, un retrait estival de la banquise dans l’HN, se rapprochant de la médiane des années 1981-2010 (NSDIC), et une réduction de la couverture végétale augmentant l’albédo (aridité et feux), comme en début de stades glaciaires précoces. Le passé géologique enregistré au sein des différentes archives nous montre que les feux sont comme les tempêtes, les crues brutales ou les vagues de chaleur associés à des périodes d’instabilité météorologiques, lesquelles sont contrôlées pro parte par la qualité de l’insolation à haute latitude et l’apport des vents solaires et des apports thermiques véhiculés par la THC. Les périodes de tempêtes récurrentes sont le plus souvent associées à la fin des 5 derniers interglaciaires (Van Vliet-Lanoë et al., 2022), à un océan intertropical encore chaud, à une baisse globale de l’insolation sous contrôle orbital pour l’Holocène et enfin, à une NAO le plus souvent négative (Van Vliet-Lanoë et al. 2014).
Les grandes calottes glaciaires sont apparues surtout dans l’hémisphère sud il y a 48 Ma. Avec le développement de glaciers sur l’hémisphère nord, ce contraste évident entre le Miocène et le Pliocène moyen a induit un positionnement nord des cellules tropicales de Hadley (aridité) comme sur le bassin méditerranéen pendant la crise messinienne (7.2-5.8 Ma ), associée à un assèchement à la fois tectonique et « glaciaire » de la Méditerranée . Avec le développement d’importantes calottes glaciaires principalement à partir de 33 Ma au Groenland, en Islande, en Amérique du Nord et en Scandinavie, cette dissymétrie a été progressivement réduite (Van Vliet-Lanoë, 2017). L’aridité globale pendant le Dernier Glaciaire est maximale vers 25-21 ka BP, tel qu’extrait de la teneur élevée en poussière des carottes de glace (De Angelis et al., 1997). Cette aridité maximale est également documentée à cette époque dans les loess européennes et est à mettre en relation avec l’étendue maximale atteinte par le pergélisol. Après 23 ka BP, les précipitations augmentent en Europe (Frechen et al., 2001) comme le démontre également une modélisation pré-GIEC (Joussaume, 1983), mais elle a été interrompue par de brefs épisodes de froid et de sécheresse de 20 à 17 ka enregistrés par le dépôt de loesses post-LGM notamment en Pologne.
Les évènements Dansgaard–Oeschger ou les sautes d’humeur cycliques de l’océan
La plupart des perturbations climatiques séculaires et multiséculaires en période glaciaire commencent par un réchauffement brutal (c. 50-100 ans), correspondent à un réchauffement de 7 à 15 °C / 20 °C. Ce réchauffement est suivi par un plateau d’une vingtaine d’années pour les plus courts (minimums solaires). Ce cycle se termine par une phase associée et prolongée de forte instabilité climatique suivie par un refroidissement progressif (Dansgaard et al. 1993). Il en est de même pour les évènements millénaires de type Dansgaard-Oeschger (DO, période glaciaire) ou de Bond, qui ont marqué le début de l’Holocène. Ces événements sont plus intenses et plus visibles en période glaciaire, étant donné le volume de glace à fondre (inlandsis et banquise, mais ils ont tous les mêmes caractéristiques. Le refroidissement lent et final des interstades Dansgaard-Oeschger (DO) freine la convection de la circulation océanique profonde, la NADW avec une cyclicité de 1500 ans ou ses multiples allant jusqu’à 7200 ans. L’Antarctique est toujours le premier à se refroidir par rapport à l’Arctique, notamment pour raison orbitale, d’isolement maritime et d’albedo avec un décalage de 3000 ans par rapport à l’hémisphère Nord. Contrairement aux affirmations de Ganopolski et al., 2018, la teneur atmosphérique en CO2 et en méthane biogène augmente pour la même raison 300 ans après la fin orbitale de la glaciation (17 ka) dans l’HS. La baisse cénozoïque du CO2 atmosphérique est essentiellement contrôlée, surtout depuis 33 Ma, par son stockage dans un océan global profond refroidi de plus de 5°C, mis en évidence par le stockage d’hydrates de gaz entre 1200 et 1500 m de profondeur
Conclusion
Dans cette première partie, le développement des calottes glaciaires est clairement lié à la source d’humidité pour favoriser le stockage de glace et au refroidissement lié à une réduction de l’insolation. Ces dernières années, l’océan était encore chaud et permettait une pluviosité soutenue de rang interglaciaire. Mais avec une insolation en baisse très sensible à haute latitude pour raison orbitale, une activité solaire en berne et la THC qui se ralentit de manière très inquiétante, tous ces phénomènes signent la fin du DO « Global Warming ». Depuis 2021 et surtout avril 2022, une instabilité atmosphérique s’est installée, annonçant comme dans le cas des DO, une descente lente vers des conditions de type glaciaire. L’installation de hautes pressions sur l’Europe, également observables, sur la côte ouest des USA et celle d’une aridité avec steppisation et tempêtes de poussière signent une désolidarisation de la météorologie européenne de la masse océanique Atlantique (THC en berne) et une continentalisation identique à celle observée en début glaciaire (stade froid MIS 5d :113-104 ka). L’AMO comme la PDO deviennent négatives.
BIBLIOGRAPHIE COMMUNE AUX DEUX PARTIES (1/2) ET (2/2)
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Source : Un refroidissement est en marche sur l’Atlantique Nord
