Le contenu en chaleur  des océans a atteint un niveau record en 2018, dépassant celui de 2017, qui avait été l’année la plus chaude jamais enregistrée auparavant. Un article publié dans le magazine Science montre que les progrès réalisés dans la reconstitution des températures confirment l’accélération du réchauffement depuis les années 1990.

D’après une analyse publiée en janvier 2019 par Lijing Cheng, John Abraham, Zeke Hausfather et Kevin E. Trenberth, les progrès réalisés dans l’observation des océans montrent clairement une tendance au réchauffement.

Grâce au système d’observation appelé Argo initié en 2005, des flotteurs ont permis de mesurer avec davantage de précision le réchauffement de l’océan. En outre, la qualité des données océaniques anciennes a été améliorée et il existe des méthodes à la fois meilleures et indépendantes qui tiennent compte de la rareté des données océaniques avant l’ère Argo.

Le changement du contenu en chaleur des océans (OHC pour Ocean Heat Content) est l’un des meilleurs, sinon le meilleur, indicateur du changement climatique, d’après Lijing Cheng et ses coauteurs. En raison de sa grande capacité calorifique et de son volume énorme, la capacité de l’océan à stocker la chaleur est bien plus importante que celle des autres composants du système terrestre. 93% environ du surplus de chaleur est absorbé par les océans : c’est donc là que le déséquilibre énergétique peut se mesurer avec le plus d’acuité.

Anomalie annuelle moyenne du contenu calorifique de l’océan en 2018 par rapport à la période de référence 1981-2010. Source : Lijing Cheng.

Pour déterminer à quelle vitesse le globe accumule de la chaleur, les scientifiques étudient le déséquilibre énergétique de la Terre, la différence entre le rayonnement solaire entrant et le rayonnement sortant à grande longueur d’onde. Cet équilibre a été perturbé par l’augmentation des gaz à effet de serre qui piègent davantage d’énergie dans le système climatique. Il y a donc depuis plusieurs décennies un déséquilibre.

Ce surplus de chaleur disponible dans le système climatique se manifeste à bien des égards : augmentation de la température à la surface des terres et des mers, augmentation du contenu en chaleur de l’océan, élévation du niveau de la mer, fonte des calottes de glace et du pergélisol, modification du cycle hydrologique, modification de la circulation atmosphérique et océanique. Ces symptômes du réchauffement climatique sont tous observables, mais c’est dans l’océan que les changements sont les plus significatifs.

L’année 2018 a établi un nouveau record pour le contenu en chaleur des océans, dépassant 2017,  le précédent record. Sur la base d’une nouvelle mise à jour de l’Institut de physique de l’atmosphère (IAP), l’anomalie de chaleur totale entre 0 et 2000 mètres a été de 19,67 ± 0,83 × 10²² joules en 2018, par rapport à la période de référence 1981 – 2010. Et les 10 dernières années ont été les plus chaudes jamais enregistrées… Voici donc ci-dessous le top 10 des années les plus chaudes dans l’océan :

Les 10 années les plus chaudes de l’océan depuis 1958. Anomalies de l’OHC dans les 2000 m supérieurs (unités: 10²² joules) par rapport à la moyenne 1981-2010. D’après : Lijing Cheng – IAP.

Le réchauffement des océans se poursuit et accélère même depuis les années 1990. Le réchauffement concerne quasiment tous les bassins du globe.  Cette augmentation du contenu en chaleur des océans est une preuve irréfutable du réchauffement climatique, d’après les scientifiques. L’augmentation des températures entraîne en outre une dilatation thermique de l’eau et une élévation du niveau de la mer, qui peut également être vérifiée. L’augmentation du contenu en chaleur de l’océan (19,67 ± 0,83 × 10²² J) a entraîné une élévation moyenne du niveau de la mer de 29,5 mm au-dessus de la moyenne de 1981-2010. Cela représente une élévation de 1,4 mm au-dessus de 2017.

Evolution du contenu en chaleur de 1960 à 2015 pour différents bassins océaniques.(A) Pour 0 à 2000 m, (B) 0 à 700 m et (C) 700 à 2000 m. Toutes les séries chronologiques sont relatives à la période de base 1997-1999 et lissées sur 12 mois. Les courbes sont additives et les modifications apportées par l’OHC dans différents bassins océaniques sont ombrées de différentes couleurs. Source : Cheng et al (Science Advances 2017).

Le réchauffement de l’océan est beaucoup moins affecté par la variabilité interne et est donc mieux adapté pour détecter et attribuer les influences humaines que les températures de surface. Ces dernières montrent une tendance claire au réchauffement également mais sont davantage influencées à l’échelle interannuelle par des phénomènes comme El Niño .

Les observations montrent une réchauffement important des océans ces dernières décennies. Ce réchauffement a contribué à l’augmentation de l’intensité des précipitations, à l’élévation du niveau de la mer, à la destruction des récifs coralliens, à la baisse des niveaux d’oxygène dans les océans, et à la réduction des calottes glace. Les estimations récentes du réchauffement observé sont similaires à celles des modèles, indiquant que les modèles projettent de manière fiable les changements de l’OHC.

Evolution du contenu en chaleur de l’océan. Anomalies de l’OHC dans les 2000 m supérieurs (unités: 10²² joules) par rapport à la moyenne 1981-2010. D’après : Lijing Cheng – IAP.

Les dernières analyses permettent de réconcilier modèles et observations. Le rapport du GIEC sur les changements climatiques, publié en 2013, comprenait cinq séries chronologiques différentes de l’OHC pour les 700 premiers mètres de l’océan. Mais les changements tirés des observations étaient à l’époque moindres que ceux projetés par la plupart des modèles climatiques sur la période allant de 1971 à 2010.

Depuis lors, la communauté scientifique a fait des progrès substantiels dans la mesure de l’OHC et a identifié plusieurs sources d’incertitude dans les mesures et les analyses antérieures. Depuis le dernier rapport du GIEC, les principales sources d’erreur ont été identifiées.

Une étude publiée en 2018 par Laure Resplandy (Université de Princeton) avait utilisé une toute nouvelle approche pour estimer les changements du contenu en chaleur de l’océan en fonction de la quantité d’oxygène et de CO2 libérée par les océans.

Plusieurs études ont ainsi tenté récemment d’améliorer les méthodes utilisées pour rendre compte des lacunes spatiales et temporelles dans les mesures de la température des océans. Lijing Cheng propose pour sa part une nouvelle solution pour combler les lacunes : les modèles lui permettent d’utiliser les informations dans les régions riches en données pour combler celles qui sont plus pauvres en observations.

Lijing Cheng et ses coauteurs ont utilisé les données du réseau de 3 500 flotteurs Argo qui mesurent la température et la salinité des océans à une profondeur de 2 000 mètres. Ces flotteurs sont maintenant largement déployés dans les océans du monde. Les données ont aidé les scientifiques à corriger et valider les relevés de température à partir de mesures plus anciennes et moins fiables, ainsi qu’à combler les lacunes géographiques et temporelles.

Déploiement des flotteurs Argo dans l’Océan Austral. Source : Alicia Navidad/CSIRO.

Les récentes estimations de l’OHC basées sur des observations montrent des changements très cohérents depuis la fin des années 1950. Le réchauffement est notamment plus important sur la période 1971-2010 que ce qui est rapporté dans les observations du dernier rapport du GIEC. La tendance de l’OHC pour les 2000 premiers mètres dans l’AR5 variait de 0,20 à 0,32 Wm -2 pendant cette période.

Trois estimations récentes qui couvrent le même période suggèrent un réchauffement au taux de 0,36 ± 0,05, 0,37 ±0,04 et 0,39 ± 0,09 W m − 2. Et quatre études récentes montrent que le taux de réchauffement de l’océan pour les 2000 m supérieurs a accéléré depuis 1991 à 0,55 – 0,68 W m − 2.

Au vu de l’augmentation quasi contenue du contenu en chaleur des océans, il est de plus en plus clair que la « pause » dans le réchauffement de surface au début du XXIe siècle était en partie dû à la redistribution de la chaleur de la surface vers les profondeurs de l’océan. L’OHC s’est accéléré depuis la fin des années 1990. Cette constatation réfute le concept d’un ralentissement du réchauffement climatique induit par l’homme au début des années 2000.

Comment donc y a-t-il eu un ralentissement de l’élévation de la température de l’air sur la période 1998-2013 ? L’hypothèse principale est que cette température de surface a été modulée par la variabilité naturelle générée à proximité de l’interface air-mer, telle que l’Interdecadal Pacific Oscillation (IPO) ou l’Oscillation décennale du Pacifique (PDO) dans l’océan Pacifique. Des études ont montré que le Pacifique tropical était le principal responsable, car les vents alizés plus forts sur le Pacifique central et oriental ont augmenté la remontée d’eau froide dans le Pacifique oriental tropical, ce qui a refroidit la surface de la mer et augmenté la pénétration de l’eau chaude sous la surface de l’océan.

Le déploiement du réseau Argo au début des années 2000 a permis une meilleure couverture et une réduction des incertitudes. Au cours de la période 2005-2017, dans les 2000 premiers mètres, le taux de réchauffement linéaire pour la moyenne d’ensemble des modèles CMIP5 est de 0,68 ± 0,02 W m -2, alors que les observations donnent des taux de 0,54 ± 0,02 (Cheng, la présente étude) ; 0,64 ± 0,02 (Domingues) et 0,68 ± 0,60 Wm − 2 (Resplandy) dans trois études récentes. Ces nouvelles estimations suggèrent que les modèles dans leur ensemble sont fiables pour les changements du contenu en chaleur de l’océan.

Il faut ajouter que le contenu en chaleur entre 0 et 2000 mètres ne montre pas tout le déséquilibre énergétique. De 1960 à 2015, 36,5% de l’énergie a été absorbée entre 0 et 300 mètres, 20,4% entre 300 et 700 m, 30,3% entre 700 et 2000 m et 12,8% sous 2000 m. Pour calculer le déséquilibre énergétique total, il faut donc ajouter aux chiffres de 0 – 2000 m le réchauffement sous les 2000 m. Il faut aussi prendre en compte l’énergie absorbée par les autres composantes du système climatique, (7% du total, étant donné que l’océan absorbe 93% de l’énergie).

Les estimations récentes (OHC et TOA) montrent que le déséquilibre énergétique a varié entre 0,5 et 1 W m − 2 au cours de la dernière décennie.

Sources :

How fast are the oceans warming ? – Science – Lijing Cheng, John Abraham, Zeke Hausfather et Kevin E. Trenberth

2018 Continues Record Global Ocean Warming – Advances in Atmospheric Sciences – Lijing Cheng, Jiang Zhu, John Abraham, Kevin E Trenberth, John T Fasullo, Bin Zhang, Fujiang Yu, Liying Wan, Xingrong Chen, Xiangzhou Song

Improved estimates of ocean heat content from 1960 to 2015 – Science Advances – Lijing Cheng, Kevin E. Trenberth, John Fasullo, Tim Boyer, John Abraham, Jiang Zhu