Le réchauffement climatique pourrait avoir été atténué par la variabilité interne de la circulation océanique, d’après une étude publiée dans Nature Communications. Si cela est vrai, on peut craindre qu’il soit plus difficile de contenir le réchauffement sous les 2 °C dans les décennies à venir.

La circulation océanique méridienne de retournement Atlantique (appelée AMOC)  transporte les eaux chaudes des tropiques vers l’Atlantique Nord, où elles refroidissent et coulent puis retournent vers le sud dans les profondeurs de l’océan. C’est l’un des principaux systèmes de circulation océanique sur le globe et un acteur important du climat mondial, lié à certains des changements climatiques les plus forts et les plus rapides au cours des derniers millions d’années. Ce système est responsable d’un transport de chaleur net vers l’Atlantique du Nord.

Depuis les années 1980, les climatologues mettent en garde contre un affaiblissement, voire un arrêt de ce flux en raison du réchauffement climatique. Les modèles climatiques suggèrent un ralentissement de l’AMOC au 21ème siècle en réponse à l’augmentation des gaz à effet de serre. Mais il est difficile de déterminer avec précision l’ampleur de ce changement. Ce n’est que depuis 2004 qu’il existe une surveillance continue dans l’Atlantique avec le projet RAPID. Certaines mesures indirectes permettent cependant de remonter plus loin dans le temps pour estimer l’état passé de la circulation océanique.

L’AMOC peut temporairement augmenter ou réduire les empreintes du changement climatique. Des observations qui ne prendraient pas en compte la circulation océanique seraient ainsi susceptibles d’être biaisées. Une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Communications, sous la direction de Rémy Bonnet (Institut Pierre-Simon Laplace, Sorbonne Université/CNRS), se penche sur la variabilité interne de l’océan Atlantique, montrant qu’elle pourrait avoir atténué l’ampleur du réchauffement climatique. La connaissance de l’évolution historique de l’AMOC a aussi son importance pour évaluer le réchauffement futur.

Dans leur étude, les scientifiques se penchent sur des simulations faites avec le modèle IPSL, qui mettent bien en évidence le lien entre la variabilité naturelle de l’AMOC et celle de la température globale observée. Ce lien est également présent dans d’autres modèles CMIP6. Le modèle IPSL-CM6A-LR utilisé dans l’étude fait partie de ces modèles de nouvelle génération caractérisés par une sensibilité assez élevée, proche de la borne supérieure des projections, avec une sensibilité climatique à l’équilibre de 4,5°C.

Les auteurs de l’étude ont sélectionné les membres du modèle IPSL les plus proches des observations à la fois en terme de tendance de température et de tendance de l’AMOC. Comme il n’existe pas d’observations longues de la circulation océanique dans l’Atlantique Nord, les scientifiques doivent utiliser des proxys, c’est à dire des preuves indirectes de l’état de l’AMOC pour remonter plus loin dans le temps.

Il s’avère que les membres du modèle IPSL les plus consistants avec la tendance observée du réchauffement global ainsi qu’avec la tendance d’une reconstruction de l’AMOC sont caractérisés par un ralentissement de la circulation océanique à partir des années 1940. Et si l’on regarde comment évoluent ces membres pour les prochaines décennies cette fois, on voit que leur variabilité interne moyenne tend plutôt à renforcer l’AMOC. C’est cet état de la variabilité interne qui permet de dire que certaines observations passées comportent un biais froid et qu’un changement de signe de la variabilité interne de la circulation doit se traduire prochainement par un réchauffement de surface plus important.

Les figures ci-dessous montrent l’évolution de l’AMOC et de la température de surface (GSAT) simulées par le modèle IPSL, avec le sous-ensemble de membres sélectionnés en bleu et la moyenne d’ensemble représentant la composante forcée en rouge. Sur la période 1951-1990, la moyenne d’ensemble affiche un AMOC renforcé et une tendance GSAT supérieure à celle des membres fidèles aux observations. Sur la période 2020-2059, c’est l’inverse, les membres sélectionnés pour leur aptitude à se conformer à la variabilité interne passée affichent des tendances moins négatives pour l’AMOC et des anomalies de température en plus forte progression. La différence en matière de température est tout de même relativement faible.

Il faut préciser que dans les simulations individuelles la variabilité interne est plus importante que la moyenne d’ensemble du modèle IPSL. L’ensemble ne traduit pas à la variabilité naturelle mais la réponse forcée de l’AMOC. C’est à dire à l’évolution de l’AMOC en réponse aux forçages externes comme les gaz à effet de serre et les aérosols. Les simulations présentent toutes les mêmes forçages externes et diffèrent uniquement part leurs conditions initiales. Ces simulations vont donc présenter des évolutions différentes dues à la variabilité interne du climat, mais ont les mêmes forçages externes. C’est ainsi que l’on peut décomposer une composante de variabilité interne en étudiant les membres individuels et une composante forcée en prenant la moyenne de l’ensemble.

Les membres cohérents avec les tendances de température de surface et AMOC observées se caractérisent par un renforcement de l’AMOC jusqu’aux années 1940 suivi d’un déclin. A l’inverse, l’AMOC forcée estimée par la moyenne d’ensemble ne montre que de faibles changements jusqu’aux années 1960, avec un petit renforcement jusqu’aux années 1990 suivi d’un affaiblissement, comme dans les membres qui suivent fidèlement la variabilité interne de l’Atlantique et d’autres modèles CMIP6.

À partir du 21e siècle, les forçages externes ont une influence croissante sur la variabilité interne et dominent le déclin de l’AMOC. On le voit bien avec le fait que tous les membres ont tendance à avoir une AMOC qui diminue. L’analyse est en ce sens conforme à ce que l’on peut attendre de l’évolution de la circulation océanique.

Il y a donc une composante forcée qui influence la variabilité basse fréquence de l’AMOC dans les prochaines décennies. Mais comme dans les simulations les plus fidèles aux observations la variabilité interne évolue en opposition à la variabilité forcée, ces membres affichent une diminution de l’AMOC moins importante que le reste de l’ensemble IPSL pour les décennies à venir. Ce qui est logiquement associé à un réchauffement plus important que le reste de l’ensemble, puisqu’il existe une relation entre l’AMOC et la température globale. 

Les membres du sous-ensemble sélectionnés à partir de leurs cohérences avec les observations et tendances de température globale, ainsi que de leurs cohérences avec les proxys de l’AMOC montrent donc une contribution positive de la variabilité interne sur les prochaines décennies, qui vient s’ajouter à la composante forcée, négative quand à elle, et donc vient limiter le ralentissement de l’AMOC. 

Au final, l’étude montre que le risque de franchir l’objectif de réchauffement de 2 °C est renforcé. Le sous-ensemble de membres avec une variabilité à basse fréquence cohérente avec les observations montre un réchauffement plus important que la moyenne de l’ensemble au cours des prochaines décennies. La fraction du réchauffement climatique anthropique qui aurait pu être masquée par cette variabilité interne à basse fréquence devrait se matérialiser dans les prochaines décennies.

Pour résumer, l’étude montre que l’affaiblissement de l’AMOC depuis le milieu du 20ème siècle pourrait être principalement d’origine interne provenant de la variabilité interne de l’océan. Si cela est vrai, cela pourrait signifier que la sensibilité climatique transitoire estimée à partir des enregistrements d’observation, en particulier au cours des 6 à 7 dernières décennies, est peut-être sous-estimée.

D’après les auteurs de l’étude, les tentatives d’estimer le réchauffement futur en utilisant les dernières décennies devraient se pencher sur la question de la variabilité interne à basse fréquence et prendre en compte les membres individuels de l’ensemble plutôt que les moyennes de l’ensemble.