Le climat de la Terre est déterminé par un équilibre entre la quantité d’énergie solaire absorbée et la quantité de rayonnement infrarouge thermique que la Terre émet vers l’espace. Un déséquilibre énergétique positif signifie que le système gagne de l’énergie, provoquant un réchauffement de la planète. D’après une étude publiée par des chercheurs de la NOAA et de la NASA le 15 juin 2021, le déséquilibre énergétique de la Terre a approximativement doublé au cours de la période de 14 ans allant de 2005 à 2019.

L’absorption de chaleur planétaire est sans doute un meilleur indicateur du changement climatique que la température de surface, qui est fortement influencée par l’interface air-mer. Le déséquilibre énergétique de la Terre (« Earth Energy imbalance » ou EEI) représente la part du forçage qui ne s’est pas encore manifestée. En d’autres termes, l’EEI se traduira par un réchauffement global supplémentaire, même sans changement dans le forçage actuellement exercé.

D’après le dernier rapport du GIEC, le déséquilibre énergétique terrestre est passé de 0,57 W m-2 pour la période 1971-2018, à 0,79 W m-2 pour 2006-2018. La nouvelle étude publiée dans Geophysical Research Letters est en ligne avec ces résultats, montrant que sur la période 2005-2019, le déséquilibre atteint 0,77 W m-2. Le déséquilibre passe de 0,42 W m-2 en 2005 à 1,12 W m-2 en 2019. Cela implique une tendance de + 0,50 W m-2 par décade mais il faut dire que la période considérée est relativement courte.

Pour établir ce constat, des scientifiques de la NASA et de la NOAA emmenés par Norman Loeb ont comparé les données de deux mesures qu’ils qualifient d’indépendantes. D’un côté, les capteurs satellites Clouds and the Earth’s Radiant Energy System (CERES) de la NASA mesurent la quantité d’énergie qui entre et sort du système terrestre. De l’autre, les données d’un réseau mondial de flotteurs océaniques, appelés Argo, permettent une estimation du réchauffement des océans. Etant donné que plus de 90% de l’excès d’énergie provenant du déséquilibre énergétique se retrouve dans l’océan, les tendances globales du rayonnement entrant et sortant devraient globalement concorder avec les changements du contenu thermique de l’océan. Un accord entre les deux mesures ne peut que renforcer le degré de confiance dans l’estimation du déséquilibre énergétique.

Il faut quand même noter que les deux méthodes sont différentes mais pas aussi indépendantes que cela. Car il faut utiliser le contenu en chaleur de l’océan pour ancrer les mesures satellitaires. Mais si les mesures satellitaires des flux radiatifs au sommet de l’atmosphère n’ont pas une précision suffisante pour déterminer l’ampleur absolue du déséquilibre énergétique de la Terre, elles fournissent des estimations précises des variations et tendances depuis l’année 2002.

On retiendra quand même que les deux méthodes différentes sont en très bon accord si on prend en compte leurs variations. Elles montrent donc la même tendance.

La combinaison des données Argo (pour mesurer in situ le contenu thermique de l’océan) et CERES (satellite) permet en outre de révéler les variations et les tendances du déséquilibre énergétique de la Terre avec une précision croissante, d’après les auteurs de l’étude.

Les scientifiques se sont aussi penchés sur les causes du déséquilibre. Un point intéressant est qu’ils ont évalué la contribution des différents agents potentiellement en cause : les nuages, la vapeur d’eau, l’albédo de surface (la quantité de lumière réfléchie par la surface de la Terre), les aérosols, et les changements dans la distribution de la température à la surface et dans l’atmosphère.

L’étude révèle que le doublement du déséquilibre est en partie le résultat de la diminution de la quantité de nuages ​​​​bas et de la glace de mer qui entraînent une plus grande absorption d’énergie solaire. De plus, l’augmentation des gaz à effet de serre due à l’activité humaine, ainsi que l’augmentation de la vapeur d’eau piègent davantage de rayonnement sortant, renforçant le déséquilibre énergétique de la Terre. Ces changements combinés dépassent une tendance positive du rayonnement à grande longueur d’onde (OLR) liée à l’augmentation de la température moyenne globale.

Les chercheurs ont noté qu’un basculement de l’Oscillation décennale du Pacifique (PDO) d’une phase froide à une phase chaude avait probablement joué un rôle dans l’intensification du déséquilibre énergétique. La PDO est un mode de variabilité climatique du Pacifique, dont les caractéristiques sont semblables à celles d’El Niño mais sur une échelle de temps plus longue. Cette variabilité interne naturelle du système terrestre peut avoir des effets considérables sur le temps et le climat avec des phases chaudes de la PDO corrélées aux périodes de réchauffement accéléré à la surface de la Terre et des phases froides corrélées aux périodes de moindre réchauffement (sans les gaz à effet de serre, il y aurait plutôt un refroidissement ponctuel plutôt qu’un réchauffement moins rapide).

Une phase de PDO positive a commencé vers 2014 et s’est plus ou moins poursuivie jusqu’en 2020. Cette configuration a provoqué une réduction de la couverture nuageuse au-dessus de l’océan et par conséquent une augmentation correspondante de l’absorption du rayonnement solaire.

La PDO est associée à des changements substantiels dans les températures de surface de la mer (SST) et les nuages. Les SST ont commencé à augmenter en 2012 et sont restées supérieures à la moyenne jusqu’en 2020. Les variations de SST suivent de près les indices PDO et Niño3.4, avec des coefficients de corrélation élevés. Dans la phase positive de la PDO, les augmentations de la SST sont prononcées sur l’océan Pacifique oriental, ce qui entraîne une diminution de quantité de nuages bas ​​et une augmentation de l’énergie solaire absorbée (ASR) le long de l’océan Pacifique oriental. Après 2014, la tendance ASR montre une augmentation considérable, d’un facteur 4 par rapport à celle d’avant 2014. Une augmentation de l’émission infrarouge thermique vers l’espace compense légèrement l’augmentation de l’ASR, de sorte que la tendance du flux net après 2014 est réduite à 2,5 fois celle d’avant 2014. Ce qui reste très significatif. Les graphiques ci-dessous montrent l’évolution de l’ASR (a), de l’émission thermique (b) et le solde net (c), avec en-dessous les contributions des différents facteurs respectifs.

La tendance ASR ne peut pas être expliquée par les cycles solaires, car la tendance du flux solaire incident est négligeable (−0,053 W m−2 par décennie).

Entre 1998 et 2013, le rythme d’augmentation de la température globale de surface a ralenti par rapport à celui de la seconde moitié du 20e siècle. Cette période qualifiée par certains de « hiatus du réchauffement climatique » a coïncidé avec la phase négative de l’oscillation décennale du Pacifique (PDO), caractérisée par une augmentation de la chaleur séquestrée vers les couches profondes de l’océan. D’autres facteurs contribuant au hiatus ont également été proposés, mais la cause dominante semble être la redistribution océanique de la chaleur, en particulier dans l’océan Pacifique.

Fin 2013, des températures de surface de la mer extrêmement chaudes (connues sous le nom de « Blob ») associées à des pressions au niveau de la mer anormalement supérieures à la moyenne sont apparues sur le nord-est du Pacifique. Cela a été suivi au printemps 2014 par un changement du signe de la PDO de négative à positive. Les températures de surface moyennes mondiales ont considérablement augmenté à la suite d’un événement majeur d’El Niño qui a culminé lors de l’hiver 2015-2016. Des anomalies de SST chaudes se sont propagées pour couvrir une grande partie du Pacifique oriental et ont persisté bien après la fin d’El Niño de 2015-2016. C’est dans ce contexte que la PDO pourrait avoir permis de maintenir des conditions favorables à l’absorption de l’énergie solaire.

Depuis ce changement de tendance, l’augmentation du déséquilibre énergétique de la Terre est « sans précédent », dit l’étude. Une fois de plus, on peut rétorquer que la période étudiée est assez courte mais le réchauffement continu de l’océan laisse supposer que cette observation est crédible. La tendance positive de l’EEI est le résultat de changements combinés dans les nuages, la vapeur d’eau, l’albédo de surface et les aérosols, qui dépassent une contribution négative de l’augmentation des températures moyennes mondiales. C’est probablement un mélange de forçage anthropique et de variabilité interne, selon l’auteur principal, Norman Loeb. L’excellent accord entre les tendances satellitaires et du contenu en chaleur de l’océan obtenu dans cette étude suggère que la tendance à l’augmentation du déséquilibre énergétique de la Terre est robuste.

Il faut préciser que dans cette étude, seuls les effets radiatifs directs des aérosols sont explicitement calculés dans le cadre de la contribution globale des aérosols. Les effets indirects des aérosols sont implicitement inclus dans la contribution des nuages ​​à l’EEI. La quantification de l’effet indirect des aérosols nécessiterait des simulations de modèles pouvant être exécutées avec et sans interactions aérosol-nuage, précise l’article.

D’après l’étude, on peut s’attendre à des changements climatiques encore plus importants dans les prochaines décennies si la variabilité interne associée à la PDO reste la même. Selon cette même logique, si la PDO devait s’inverser à l’avenir, cela aurait pourrait avoir pour conséquence de diminuer le taux d’absorption de chaleur.

Compte-tenu de la variabilité naturelle et des incertitudes sur son impact réel, il faudrait peut-être davantage de recul pour confirmer les associations faites par les auteurs de l’étude. La période étudiée est relativement courte et les fluctuations interannuelles peuvent obscurcir les conclusions. L’impact de la PDO sur le contenu en chaleur de l’océan est encore mal connu. La difficulté est que la variabilité naturelle – telle que ENSO et la PDO – génère également de très grands changements au niveau régional. La PDO positive est peut-être corrélée avec l’augmentation du déséquilibre énergétique sur la période considérée par l’étude mais il n’est pas certain que cela soit toujours le cas.