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Quand de gigantesques tourbillons enfouissent le carbone au fond des océans

Selon des océanographes britanniques et australiens, de gigantesques tourbillons participeraient activement à l’enfouissement du carbone au fond des océans. Une découverte qui pourrait permettre d’améliorer les modèles climatiques liés au cycle du carbone.

Principal puits de carbone planétaire, l’océan absorbe à lui seul 25 % du dioxyde de carbone atmosphérique, et participe ainsi à limiter le réchauffement climatique. Le CO2 étant en effet plus concentré dans l’atmosphère que dans les océans — principalement en raison des activités humaines —, il se dissout naturellement à la surface des eaux.

Deux phénomènes contribuent ensuite à l’enfouir durablement dans les profondeurs. Le phytoplancton fixe ainsi une bonne partie du CO2, et lorsque celui-ci meurt, il coule dans les profondeurs, emportant le carbone dans les sédiments océaniques. Mais en dehors de cette « pompe biologique », la « pompe physique » représente le principal mécanisme d’enfouissement du carbone dans les océans : nourris par les vents, certains courants marins plongent dans les profondeurs, emportant avec eux le CO2 dissout à la surface.

Pourtant, pour Jean-Baptiste Sallée, océanographe au British Antarctic Survey à Cambridge, ces courants alimentés par les vents ne sont pas seuls à constituer la « pompe physique ». Dans l’étude qu’il vient de publier dans la revue Nature Geoscience avec ses collègues britanniques et australiens, le chercheur montre que de gigantesques tourbillons, à l’œuvre notamment dans l’océan Austral, participent activement au stockage du carbone atmosphérique.

Steve Rintoul, coauteur de l'étude

Des « veines » dans l'océan Austral

Cela fait une trentaine d’années que, grâce aux images satellitaires, les scientifiques ont pu constater que les océans étaient parsemés de tourbillons. Ceux-ci se forment à la suite d’instabilités dues à des évènements atmosphériques extrêmes (rafales, forts refroidissements, etc.) ou à l’interaction avec des obstacles comme les continents ou le fond océanique.

Déjà, en 1990, les théoriciens Peter Gent et James Mac Williams, du centre national américain de recherche atmosphérique et de l’université de Californie de Los Angeles, avaient estimé par le calcul que ces structures relativement petites pouvaient avoir un impact sur la circulation globale. « Cela restait à vérifier, note Jean-Baptiste Sallée. Notre équipe a donc rassemblé et analysé des données de température et de salinité collectées par plus de 3000 bouées dérivant depuis plus de dix ans sur les océans du globe ». 

Les chercheurs se sont surtout intéressés à l’océan Austral. Les vents y sont les plus puissants du globe et les tourbillons plus fréquents et intenses. En comparant les mesures de concentration de carbone avec des mouvements d’eau relevés dans la région depuis plus de 20 ans, l’équipe a pu isoler cinq endroits de l’océan Austral où ces tourbillons, associés à l’effet des vents et des principaux courants océaniques, engendrent des courants verticaux – des « veines » –  d’environ 1000 mètres de profondeur. Le plus puissant de ces sites d'injection se trouve au sud-ouest de l’Australie. Un autre, un peu moins puissant, se situe au sud du Chili.

Les détails de l'étude expliqués par Jean-Baptiste Sallée

Carbone anthropique

« Dans cette étude, nous nous sommes intéressés tout particulièrement au carbone issu de l’activité humaine [le CO2 anthropique] afin de connaître la réponse de l’océan face à ce surplus », explique Jean-Baptiste Sallée. Pour le distinguer du carbone naturel, les chercheurs mesurent les concentrations de gaz artificiels relâchés dans l’atmosphère en même temps que le CO2 anthropique (comme par exemple les chlorofluorocarbures, ou CFC).

Océan saturé ?

En 2007, une étude parue dans la revue Science alertait sur le possible ralentissement de l’efficacité du rôle d’éponge à carbone de l’océan. Et ce, d’ici à 25 ans !

En effet depuis les années 70, les vents violents de l’hémisphère sud se déplacent vers le pôle, perturbant les courants océaniques. Des courants ascendants s’installeraient, provoquant des remontées d’eau près de l’Antarctique, où du carbone s'accumule en très grande quantité depuis des milliers d'années. La concentration de carbone en surface augmenterait et du CO2 serait rejeté dans l'atmosphère.

« Nos observations montrent que les tourbillons contrecarrent l’effet du vent et limitent la création de ces courants ascendants », relativise Jean-Baptiste Sallée. Bonne nouvelle pour le réchauffement climatique ? « A priori oui, mais on ne connaît pas encore l’effet du changement climatique sur les tourbillons. D’où l’importance de les intégrer dans les modèles climatiques afin d’estimer leur évolution et leur impact futur sur le climat », précise-t-il.

De l’observation à la modélisation

« L’océan Austral est difficile d’accès, en particulier l’hiver, et nous avons longtemps manqué d’observations », explique Steve Rintoul, océanographe au Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation à Hobart en Australie et co-auteur de l’étude. Or, le manque de données affecte la justesse des modèles climatiques dans l’océan Austral. Car « même si l’on suspectait que ces tourbillons pouvaient jouer un rôle, ils étaient mal représentés dans les modèles climatiques. Cette étude permettra d’entrer des valeurs quantitatives de l’impact des tourbillons », ajoute Andrew Watson, professeur à la School of Environmental Sciences à l’université d’East Anglia au Royaume-Uni. 

Ces tourbillons évoluent notamment à une échelle trop petite par rapport aux grilles des modèles climatiques aujourd’hui utilisés par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (Giec). Mais Laurent Bopp, climatologue et océanographe au laboratoire des sciences du climat et de l’environnement à Paris tient à le préciser : « Nous travaillons déjà à affiner la résolution des modèles climatiques et à intégrer les phénomènes de tourbillons pour le prochain rapport du Giec ».

Mieux comprendre l’acidification des océans

Le carbone acidifie l’océan. Or, cette acidité dissout les coquilles calcaires. En entraînant la disparition des petits mollusques, ce phénomène pourrait avoir un impact sur toute la chaîne alimentaire sous-marine. Il est donc important de connaître les processus d’enfouissement du carbone dans l’océan afin de mieux en estimer la répartition et la vitesse à laquelle il s’acidifie.

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