Les régions polaires - Les changements climatiques

Depuis les débuts de l'ère industrielle, l'homme n'a cessé d'émettre des millions de tonnes de gaz carbonique et d'autres gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Ainsi que nous l'avons dit à propos des problèmes climatiques, on estime aujourd'hui que 700 millions de tonnes de gaz carbonique sont déversés chaque seconde dans l'atmosphère ! Nous y contribuons tous dès lors par exemple que nous nous chauffons au mazout ou roulons en voiture à moteur thermique.

Au fil du temps, le régulateur thermodynamique de la Terre, à savoir l'équilibre des interactions entre l'atmosphère, les terres et les océans, n'a plus été en mesure d'absorber cet excédent et depuis les années 1970 on observe une hausse progressive de la température moyenne du globe. Ce n'est encore qu'un demi-degré de plus que la normale, mais si la tendance se poursuit encore 50 ou 100 ans à ce rythme, c'est entre 3 et 6° de plus que nous devrons bientôt supporter avec toutes les conséquences indirectes que ce phénomène induira. Aujourd'hui le réchauffement climatique à des conséquences concrètes aux pôles.

Non pas que les pôles soient plus sensibles à ce phénomène que les autres régions, quoique le Groenland est assez sensible vu sa proximité des pays industralisés, mais le phénomène est plus évident aux pôles qu'ailleurs du fait que ces régions sont préservées des activités humaines et que tout changement se voit immédiatement sur le terrain : la terre apparaît sous la glace ou des gorges tumultueuses se forment lors de la fonte des glaciers.

Dans nos cités rien de tout cela n'apparaît : tout au plus les citadins n'ont pas observé de neige en hiver mais cela ne les a pas alarmé. En revanche, pour les scientifiques travaillant dans les régions polaires, la fonte inhabituelle de la glace, la disparition du permafrost, la dérive d'un plus grand nombre d'icebergs, l'éclosion hâtive de la flore, la naissance anticipée de certains animaux ou le déplacement des flux migratoires sont autant d'indices révélant un changement climatique.

Par chance si l'on peut dire, le Groenland est situé près des pays industralisés et subit beaucoup plus rapidement les effets des activités humaines, en particulier les effets liés aux émissions de gaz carbonique comme en témoigne cette carte de la concentration de la pollution mesurée par le satellite Terra le 30 avril 2000 (en brun les pics de 390 ppm, en rouge 220 ppm et en bleu 50 ppm).

Situé à quelques encablures du Canada et de l'Europe, il est facile de se rendre au Groenland pour constater l'évolution du climat. En été, en général la couche de glace est encore bien présente sur la plus grande partie de l'île. Toutefois depuis quelques années, les climatologues, les spécialistes du permafrost ainsi que les glaciologues ont observé qu'à chacune de leur visite, les terres en bordure des côtes perdaient de plus en plus tôt leur manteau blanc.

Ainsi, en 2002 les scientifiques et les journalistes qui ont débarqué à Nuuk et Thulé pataugeaient dans la boue alors qu'auparavant le sol était gelé, c'était du permafrost. En conséquence de quoi, au lieu de prendre l'avion équipé de skis pour aller explorer les territoires du nord, ils ont dû affréter un hélicoptère. Ce phénomène les avait marqué au point que la presse anglo-saxone s'en fit l'écho. Voici un exemple concret de l'impact d'une augmentation de la température du globe sur les activités humaines (pour une fois en sens inverse).

Ce phénomène n'a pas d'autres conséquences à petite échelle. Mais analysé globalement, ce phénomène provoque indirectement des changements dans le régime des vents, des courants océaniques et une modification du comportement de la flore et de la faune. Cette observation que certains auraient pu juger anodine, a finalement des effets durables et à grande échelle.

Selon les scientifiques, la fonte remarquable de la glace du Groenland en 2002 a été la plus importante dans l'histoire de cette île et elle s'est étendue à des régions jusque là épargnées, tandis que la quantité de banquise a atteint un nouveau record de minceur. Inversement, en 2003, nous avons enregistré une augmentation très importante de la couche de neige (voir graphique plus bas).

Bien que cette variation semble reliée aux oscillations atmosphériques naturelles, l'influence humaine ne peut pas être écartée et trois phénomènes viennent appuyer cette hypothèse.

Le recul des langues glaciaires du Groenland et la fonte de la banquise, combinées à la disparition du permafrost, l'expansion vers le nord de la végétation et l'augmentation des champs de glace représentent autant d'indices irréfutables qu'un phénomène inhabituel est en train de se produire.

En 2002, grâce aux satellites micro-ondes et notamment le satellite ICESat de la NASA, on a évalué la quantité de glace qui a fondu au Groenland à 685000 km², l'équivalant de la superficie de la France et du Bénélux. C'est une superficie qui a plus que doublé depuis 1992.

Selon les données recueillies par le satellite QuikScat, entre 2004 et 2005, l'Arctique a perdu 14% de sa surface et 15% entre 2005 et 2008. En 2006, la banquise a perdu 60000 km², autant que la superficie de la Belgique et des Pays-Bas réunis ! Entre 2005 et 2007, un million de km² de banquise ont fondu comme neige au soleil ! Selon les experts du Snow and Ice Data Center de Boulder (NSIDC), entre 1979 et 2000, l'Arctique a perdu 33.1 % de sa surface.

Selon l'IPCC, il y a 90% de probabilité que les activités humaines soient à l'origine de la fonte de la banquise.

Le même changement a été observé dans le régime des précipitations. Globalement, depuis 1970, la couverture de neige dans l'hémisphère Nord et la taille de la banquise Arctique ont diminué d'au moins 3% par décennie, surtout au printemps et en été.

Selon les experts du NSIDC, les précipitations dans des régions où normalement tombe de la neige restent constantes ou augmentent légèrement au cours des années, ce qui suggère que la diminution de la couverture neigeuse est le résultat d'une augmentation des températures.

Les régions polaires nous envoient-elles des signaux sur le changement climatique ?

Cette fonte s'auto-accélère. En effet, l'excès d'eau exerce une pression sur les glaciers en même temps qu'elle s'écoule à travers les crevasses et sur le plancher subglacière. La combinaison des deux phénomènes facilite et accélère la glissage des glaciers vers la mer.

Selon Konrad Steffen de l'Université du Colorado, l'augmentation de la fonte des glaces serait dûe à un système dépressionaire inhabituel bas qui est arrivé plus tôt au Groenland et qui y est resté plus longtemps, créant des températures anormalement chaudes sur l'île. Mais ceci ne semble être qu'un événement météorologique local et isolé.

Une étude conduite durant 4 ans par l'ACIA, un projet regroupant quelque 300 scientifiques, concluait le 8 novembre 2004 dans son rapport de 140 pages (15 MB) intitulé "Impacts of a Warming Arctic" qu'au taux actuel où fond la glace du Groenland et de l'Arctique, la glace aura disparu du pôle Nord avant la fin du XIX^eme siècle !

Tous les explorateurs qui ont traversé le pôle Nord se rendent compte que la banquise devient chaque année un peu plus mince. Il y a beaucoup d'endroits où la couche de glace n'est pas rigide mais ressemble à un tapis souple et caoutchouteux. Conduire une expédition à travers ces régions est très dangereux car la glace peut se dérober à tout instant sous vos pieds.

Enfin, en 2006 les photos satellites ont révélé que si visuellement la glace Arctique paraissait uniforme et épaisse, en infrarouge elle est devenue tellement mince que dans certains secteurs un navire pourrait se frayer un passage jusqu'au Pôle !

Un autre indice du réchauffement climatique est l'ouverture du passage du Nord-Ouest au Canada, tel qu'on peut le voir sur la photo satellite présentée à gauche.

Depuis 1994, les commandants des brises-glace constatent que le pack a disparu et est remplacé depuis quelques années par des champs de glace en eau vive. Le passage du Nord-Ouest est ouvert de façon permanente et constituera probablement à l'avenir une autoroute maritime plus fréquentée que le canal de Panama ou celui de Suez.

Tous ces indices confirment bien que la glace du pôle du Nord est en train de fondre et cela se voit pour ainsi dire à l'oeil nu tellement le processus s'est accéléré suite à l'augmentation de l'effet de serre.

Ce système dépressionnaire est typique de l'Oscillation Arctique (mode annulaire), une variabilité atmosphérique qui produit un réchauffement des masses d'air et qui, selon les experts du NSIDC, est aussi partiellement responsable de la fonte importante de la glace Arctique.

Selons leurs estimations, depuis 1978 le réchauffement de l'atmosphère a réduit la superficie de la banquise Arctique de 20%. Ce réchauffement n'est pas uniquement dû à une oscillation naturelle. Selon Mark Serreze du NSIDC, on ne peut pas encore dire à quel point les activités industrielles induisent des changements climatiques mais il apparaît que l'Oscillation Arctique est affectée par l'activité humaine.

La disparition de la couche d'ozone stratosphérique peut accélérer ce phénomène en refroidissant la haute atmosphère qui en retour modifie la circulation des vents et la circulation océanique.

Toutefois, une fonte exceptionnelle comme celle de 2002 peut très bien s'expliquer par un comportement chaotique inattendu, une Oscillation Arctique "aberrante" comme le dit Mark Serreze. Mais derrière cette "erreur" naturelle il semble y avoir l'effet d'une circulation générale inhabituelle qui affecte l'épaisseur de la banquise et la persistence du permafrost.

Discutant de principes thermodynamiques, on ne peut évidemment pas éviter de parler de rétroactions et autre feedback. Les changements hivernaux qui se manifestent dans les gradients de pression, et donc les vents qui soufflent sur l'Arctique et le Groenland, sont capables de briser la banquise, créant des fissures et des crevasses.

Ces ouvertures dans la glace lui permettent d'absorber plus de rayonnement solaire. Ce phénomène déclenche une fonte prématurée de la glace au printemps, la rendant plus vulnérable à l'effet des hautes températures d'été. C'est un effet d'action-réaction immédiat de la banquise.

Selon Larry Hinzman, professeur d'hydrologie et spécialiste du permafrost à l'Université d'Alaska, la perte de la glace Arctique est un phénomène "nouveau". La banquise joue un rôle important en modérant l'équilibre énergétique global. Ainsi que nous l'avons dit, la glace (de mer) présente un albédo de 0.8. Quand elle fond, elle se transforme en eau et ne présente plus qu'un albédo de 0.2.

Cela veut dire concètement que la banquise passe d'un régime où elle absorbe 20% seulement du rayonnement solaire à un régime où elle en absorbe 80% ! Ceci contribue en langage thermodynamique à créer une rétroaction positive pour le réchauffement climatique. Autrement dit, la fonte des glaces que l'on observe en Arctique est un phénomène sans précédent dont la tendance s'accélère.

Depuis 650000 ans (époque à laquelle nous avons assisté à un redoux, de même qu'il y a 420000 ans), la concentration des gaz à effet de serre dans l'atmosphère n'a jamais été aussi élevée qu'aujourd'hui; nous assistons à l'augmentation de température la plus rapide que la Terre ait connue depuis cette époque...

Rappelons qu'au cours de la dernière glaciation, il y a environ 21000 ans, une épaisse couche de glace recouvrait l'Amérique du Nord et le Nord de l'Europe jusqu'aux latitudes moyennes comme le montre les simulations présentées ci-dessous. A cette époque, le niveau des océans était descendu d'environ 125 mètres. Depuis cette date il n'a cessé de remonter à raison d'environ 10 mètres tous les millénaires. Par rapport au niveau actuel, la mer se trouvait 50 mètres plus bas il y a 9000 ans puis la montée des eaux s'est ralentie et le niveau de la mer se trouva 10 mètres plus bas seulement il y a 5000 ans. Aujourd'hui en revanche, le phénomène risque d'être accéléré si le réchauffement climatique est directement répercuté par la fonte des glaces.

Il ne fait aucun doute qu'un changement climatique majeur affectera tous les écosystèmes y compris les activités humaines, et ce à toutes les saisons. Ce changement climatique peut également dans une certaine mesure s'observer aux antipodes, en Antarctique.

Ainsi que nous l'avons évoqué, la présence d'une épaisse couche de glace en Antarctique rend ce milieu particulièrement efficace pour absorber la chaleur excédentaire de l'air. La fluctuation annuelle de la couche de glace module également les échanges thermiques, la quantité d'humidité et de gaz échangés entre l'atmosphère et l'océan. En outre, l'eau salée rejetée par l'eau de mer lorsqu'elle gèle se dissout dans l'eau libre, étant plus lourde que l'eau chaude de surface elle s'enfonce dans les profondeurs de l'océan et participe de cette façon à la circulation océanique, le grand "tapis roulant" dont le Gulf Stream n'est qu'une composante dans l'Atlantique Nord.

La couche de glace et la banquise sont potentiellement sensibles aux changements climatiques mais avec une certaine inertie; la glace pourrait accuser aujourd'hui une réaction en réponse aux changements climatiques du passé.

La plus grande menace qui pèse sur les terres habitées provient de la couche de glace recouvrant l'Ouest Antarctique (WAIS) qui se trouve sous le niveau de la mer et qui pourrait fondre le plus rapidement, entraînant des inondations spectaculaires sur de très vastes étendues.

L'Antarctique est si vaste, si éloigné - et donc difficile à surveiller - et le comportement physique de la glace est si complexe qu'à l'heure actuelle nous n'avons pas de preuve définitive démontrant qu'il y a un réchauffement climatique, bien qu'une fonte inhabituelle de la glace s'observe dans la partie nord du continent.

Les mesures effectuées par satellite depuis 2000 devraient aider les chercheurs à préciser si la glace s'étend ou diminue, mais les prévisions resteront incertaines pour de nombreuses années.

On a estimé que si toute la glace Antarctique fondait, le niveau des mers augmenterait de 60 mètres ! Avec l'Arctique il augmenterait de plus de 70 mètres !

La quantité de neige qui s'accumule chaque année sur la glace correspond à 5 mm du niveau global des océans, autant que la quantité moyenne de glace qui fond et retourne à l'océan. Dans ces conditions, un léger déséquilibre entre les chutes de neige et la fonte des glaces pourrait contribuer, aujourd'hui, à une augmentation majeure du niveau des océans de l'ordre de 1.5 à 2 mm par an, mais l'incertitude est encore grande.

Malgré l'accumulation des mesures sur les chutes de neige, la vitesse des glaces, la fonte de surface et basale ainsi que sur la formation (décharge) des icebergs, les chercheurs ne savent pas encore avec certitude si la couche de glace augmente ou diminue. L'incertitude sur le bilan total de la masse neigeuse atteint encore 20% des quantités de chute de neige, une valeur équivalant à un changement global du niveau des mers d'environ 1 mm. De plus, le fait que le taux de formation des icebergs dans certains courants glaciaires a visiblement changé au cours des derniers siècles et décennies suggère que l'équilibre pourrait rapidement s'infléchir.

Le volume et l'extension géographique de la glace Antarctique ont vraisemblablement connu des changements majeurs au cours des temps géologiques. La couche de glace fut sensiblement plus étendue durant le dernier maximum glaciaire (Würm), il y a environ 20000 ans, et a diminué jusqu'à présenter pratiquement sa taille actuelle au cours des derniers milliers d'années. Son retrait est probalement en cours mais sera peut-être interrompu au cours des prochains millénaires du fait du refroidissement associé à la nouvelle période glaciaire. Cela dit, plusieurs autres mécanismes (soulèvement isostatique postglaciaire, effet de la température sur la viscosité des glaces profondes) présentent une plus grande inertie et ne tireront leurs effets que dans plusieurs siècles.

Il est probable que la couche de glace qui recouvre l'Antarctique réagit encore dynamiquement à la transition interglaciaire qui s'est produite il y a environ 18000 ans et à l'accélération du taux d'enneigement qui s'en suivit. Dès lors, la contribution actuelle de l'Antarctique au changement du niveau de la mer pourrait soit refléter des changement du taux d'enneigement qui se sont produits au cours des 100 dernières années soit une réponse dynamique à plus long terme de la couche de glace, ou une combinaison des deux processus.

Ainsi que nous l'avons dit à propos de la climatologie, on sait aujourd'hui à partir de l'analyse des échantillons de glace profonde (core) que les niveaux actuels des gaz à effet de serre sont sensiblement supérieurs à ce qu'ils ont été au cours des derniers 650000 ans. Une accentuation de l'effet de serre affecterait le bilan global de la glace Antarctique et pourrait provoquer une hausse sensible du niveau des océans mais il est encore prématuré pour y répondre avec certitude. Il nous faut pour cela avoir une meilleure compréhension des interactions atmosphère-glace-océan et de la dynamique des glaces. A n'en pas douter, si ce n'est pas en raison de la température de l'air, l'avenir fera encore transpirer les scientifiques.

Si les régions polaires semblent peu intéresser les médias, elles intéressent en revanche beaucoup les scientifiques et les amateurs des grands espaces. Il existe à ce sujet une certaine quantité d'information sur Internet comme en témoignent ces quelques liens, une sélection parmi les sites les plus intéressants.

Articles publiés sur ce site

La Terre, une planète fragile (climatologie)

Le Traité sur l'Antarctique

L'effet de serre

Les accidents nucléaires militaires (Thulé, 1968)

Survivre dans le permafrost

Sur l'Arctique et le Groenland

Artic Submarines, The Last Human

AREA (Navy)

Geological Survey of Denmark and Greenland

Of Maps and Men:In Pursuit of a Northwest Passage

Arctic Circle, U.Connecticut