Pourquoi tant de variation dans les estimations de la hausse du niveau des océans? Qui croire?

J'essaie d'être une source d'information fiable mais je dois composer avec les informations et études scientifiques disponibles et courantes ; la science (la compréhension) évolue constamment... et très rapidement dans le domaine de la science climatique.

Pour comprendre pourquoi les estimations de la hausse du niveau des océans varient tellement, il faut savoir qu'il y a différentes méthodes pour en faire l'évaluation. À chaque année quand ce n'est pas aux six mois, on apprend que la fonte s'accélère ; que le niveau des océans va grimper plus haut et plus tôt que prévu...

     Commençons par le GIEC puisque c'est l'estimation la plus citée

Ce qu'il faut savoir c'est qu'à cause du lent processus de rédaction et de révisions, les rapports du GIEC, lorsqu'ils paraissent, sont appuyés sur des études scientifiques (révisées et approuvées par des pairs) vieilles d'au moins deux ans. Le processus de révision d'une étude scientifique peut à lui seul prendre 2 ans, parfois plus. Donc, entre une découverte ou une série d'observations faites scientifiquement, deux ans de délai avant  que nous en soyons informés et encore 2 ans avant que le GIEC n'en tienne compte.. À cause de l’engouement du public pour l'astronomie et du caractère différent de cette science, les  découvertes astronomiques nous parviennent beaucoup plus rapidement

Dans leur 5e rapport (AR5) paru en 2013, le GIEC prévoyait une hausse du niveau des océans d'un mètre au maximum. Mais le GIEC n'a pas inclus la fonte des calottes et glaciers dans ses prévisions ; ils ne savaient pas comment modéliser la fonte car c'est un processus très complexe et en science, on ne parle que de ce qu'on sait calculer, de ce qui est établi et vérifiable. Donc, la hausse prévue du niveau des océans dans le 5e rapport du GIEC est très principalement attribuée à la dilatation de l'eau sous l'effet de la chaleur qui a l'époque, était la cause principale de la hausse du niveau des océans.

Le prochain rapport du GIEC devrait paraître en 2018, sa rédaction est déjà entamée.

     Les estimations de fonte selon les modèles

La taille des carrés est ce qu'on
appelle la résolution du modèle.

Pour faire un modèle, ils découpent un territoire en grille. Selon leur position respective dans la réalité, on attribue un taux de fonte à chaque carré déduit selon la température moyenne connue et d'autres facteurs ayant un impact sur la fonte.

Vu que la réalité contient des variables qu'on a aussi programmé dans le modèle, on fait tourner la simulation plusieurs fois ce qui donne une "fourchette de prévisions" exemple, 10 à 20 cm de hausse du niveau des océans pour cette portion. Mais ces simulations numériques sont généralistes ; chaque carré de la grille comporte, dans la réalité, des complexités dont les modèles ne tiennent pas encore compte et qui sont par surcroît, très difficiles à prendre en compte.

La majorité des modèles de fonte sont basés uniquement sur la température atmosphérique, ils passent donc à coté de beaucoup de facteurs, comme l'écoulement de l'eau sur, dans et sous la glace et ne tiennent pas compte non plus des irrégularités et anomalies de la surface comme l'assombrissement de la neige, voyons tout ça de plus près.


     Ce dont les modèles de fonte des calottes et glaciers ne tiennent pas compte

La glace des calottes n'est pas, n'est plus en fait, lisse et blanche. La fonte, la pollution, les cendres, etc. changent l'aspect de tout ; comme ces crevasses quasi impossibles à modéliser ; du sombre, du blanc, du sale, de l'eau ; comment tenir compte de tous les différents taux de fonte d'un paysage comme celui-ci?

Des crevasses à l'origine surprenante. Quand les glaciers s'écoulent vers la mer, ils ont tendance à s'étirer, c'est cet étirement de la glace qui cause les crevasses de ce genre qu'on voit sur l'image ci-dessous. Cet étirement augmente la surface de fonte et la glace doit aussi avoir perdu en densité. Encore un phénomène complexe trop difficile à résumer en formules mathématiques (pour le moment) servant à programmer les modèles de fonte.

"Si en politique on nous dit de suivre la trace de l'argent, au Groenland, il faut suivre la trace de l'eau."

Des lacs de fonte comme on voit ici se forment et disparaissent parfois subitement . Lorsque ces lacs sont à la surface, ils augmentent le taux de fonte car leur teinte foncée absorbe beaucoup plus de chaleur venant du soleil alors que la glace blanche réfléchit ce rayonnement vers l'espace ; un autre facteur de fonte important dont les modèles ne peuvent encore tenir compte faute de formulations mathématiques.

L'eau plus chaude de ces lacs de fonte s'enfonce via des trous qu'on nomme "moulins" dans les couches sous-jacentes qui ramollissent ce qui créé parfois l'équivalent de nappes phréatiques faisant aussi fondre le Groenland de l'intérieur.

Des gens explorent un "moulin". L'intérieur du Groenland se transforme en fromage suisse. Source

Aussi, l'eau coule souvent jusqu'au fond rocheux et va lubrifier les glaciers par le dessous ce qui augmente la vitesse à laquelle ils glissent vers l'océan, et ce n'est évidemment pas pris en compte dans les modèles.

Même où la neige paraît blanche, du moins à vue d'oeil, les instruments nous révèlent qu'elle s'est assombrie ; un autre facteur qui pris à grande échelle accroît irrémédiablement le taux de fonte. Ce qui complique aussi les choses, c'est que le climat en Arctique se dérègle ; il y a de nos jours des périodes atteignant parfois deux mois sans aucune précipitation sur certains secteurs du Groenland et quand la neige fond, les saletés restent en surface ; la teinte prend alors l'apparence d'un stationnement et accroît de beaucoup le taux de fonte.

Oui oui, c'est bien une partie de la surface du Groenland ; la glace est sous la crasse.

Station d'instruments de mesure climatiques sur la calotte. Les conditions de travail sont de plus en plus dangereuses, voyez ces fissures récentes.

De très près, voici à quoi ressemblent d'autres sections qui paraissent orangées, même vu depuis l'espace. Ce sont des micro-algues qui s'installent avec la chaleur accrue et l'ensoleillement. Ça fait à peine quelques années qu'on a remarqué ce phénomène qui, évidemment, prend de l'ampleur à mesure que le climat se réchauffe et n'est pas pris en compte dans les modèles de fonte...

Ça aussi n'est pas pris en compte dans les modèles de fonte.

Cette section a été extraite de la conférence du glaciologue Jason Box ci-dessous. Pour consulter ses travaux : http://jasonbox.net/

Pour conclure la section modélisation, on pourrait dire que les modèles tentent de rattraper la réalité.

     La méthode comparative

On compare la période actuelle avec une période antérieure comme l'a fait James Hansen dans une étude qui a regroupé de 17 scientifiques et dont j'ai parlé dans cet article antérieur.

Des données datant de la précédente période interglaciaire, l'Eémien d'il y a de 131 000 à 114 000 ans (voir Wikipédia Fr) qui démontrent que, même si cette période était d'environ 1°C moins chaude (parce que l'axe de rotation était un peu moins incliné à l'époque à cause des cycles orbitaux de Milankovitch) qu'aujourd'hui (2015) que le niveau des océans était de 5 à 9 mètres plus élevé ; on doit donc s'attendre à cette hausse. Cependant l'étude de Hansen ne dit pas en combien de temps le niveau des océans va monter, il mentionne 50 ans, 100 ans et 200 ans.

C'est très peu probable que le niveau des océans monte progressivement. On doit s'attendre plus loin dans le temps à des hausses relativement rapides comme cela s'est produit dans le passé de la Terre. L'impulsion de fonte 1A, [... avec des taux estimés de 27 mm/an à 65 mm/an.]

     Une méthode vraiment pas scientifique

Il y a une troisième méthode pour évaluer la hausse du niveau des océans, la méthode "ingénieur". Elle n'est absolument pas scientifique...

Comment un ingénieur aborde-t-il la situation? Crayon, papier et un calcul simple basé sur deux données facilement disponibles.
1- le taux de fonte annuel
2- la période à laquelle le taux de fonte double (ou triple).

Le taux de fonte moyen du Groenland  280 ± 58 Gt/an.
Lors de l'année 2012-2013, le Groenland a perdu 474 Km3 de glace.

Des résidence très vulnérables. Source Ben Strauss, bstrauss@climatecentral.org

Le taux de fonte de l'Antarctique est d'environ 118 Gt/an selon la NASA et triple aux 10 ans en plusieurs endroits de l'Ouest de l'Antarctique. Qu'on le double aux 6-7 ans ou qu'on le triple aux 10 ans, ça revient sensiblement au même.

Le fait que le taux de fonte du Groenland ait récemment doublé en 4 ans est-il une nouvelle tendance ou une exception? Depuis ce temps (2014), la température moyenne globale a grimpé de plus de 0,3°C et donc du double ou du triple dans l'Arctique (0,6°C à 0,9°C) de hausse de la température en 3 ans! La Terre n'a jamais rien connu de tel.

Vu que les modèles numériques (simulations) et que la méthode comparative ne permettent pas de faire des prévisions utilisables, reste la "méthode ingénieur" ; un calcul simple qu'on peut faire sur un bout de papier : nous connaissons le taux de fonte savons qu'il triple (environ) aux 10 ans. Ça semble être le moyen le plus "juste" de prévoir le taux de montée du niveau des océans, mais ce n'est pas scientifique.

Le graphique qui suit est basé uniquement sur la hausse du niveau des océans attribuable à la fonte du Groenland. Le taux de fonte initial (2017) est établi à 300 Gt/an.

NOTE 1 : Un Km cube de glace = 1 milliard (1 Gigatonne) de tonnes d'eau.

NOTE 2 : Cela prend 380 Km3 pour élever le niveau des océans de 1mm.

Le Groenland serait donc complètement fondu vers 2085 et à lui seul, aurait fait grimper de 7,2 mètres le niveau global moyen des océans du globe. Selon l'étude comparative de James Hansen, ça cadre parfaitement dans ses prévisions (5 à 9 mètres) si on utilise la valeur intermédiaire de 75 ans.

La fonte en Antarctique, selon la même méthode de calcul, ajouterait 3,9 mètres aux 7,2 mètres pour un total de 11,1 mètres de hausse atteint en 2085. En 2045, ça fait déjà 1,43 mètres de plus aux océans ; adieu beaucoup de grandes villes, le Bangladesh, une grande portion de la Floride, etc.

Je vous recommande quand même de vous éloigner des côtes pendant que votre résidence a une bonne valeur ; ce n'est pas les climato-négationnistes qui manquent pour vous la racheter. J'ai appris cette semaine qu'en Floride, les résidences près de la côte sont de plus en plus difficiles à vendre.

     Variation du niveau des océans au cours des âges

Rappelons que la civilisation humaine n'existe que depuis 10 000 ans : quand nous avons entrepris l'agriculture. Nous sommes dans la période géologique de l'Holocène. D'autres parlent d’Anthropocène (l'ère de l'Homme), puisque nous affectons toute la biosphère et le climat, surtout depuis les derniers 50 ans, mais des géologues disent que l’Anthropocène sera un sujet d'étude pour les géologues dans quelques dizaines de milliers d'années.

Ce sont les variations orbitales nommées paramètres de Milankovitch qui sont la cause de l’alternance des périodes glaciaires et interglaciaires, et ce sont ces périodes qui déterminent le niveau des océans ; dans un âge glaciaire le niveau des océans diminue car l'eau se transfère dans les calottes polaires ; et lors d'un âge interglaciaire, la glace fond et fait remonter le niveau des océans.

L'étendue de la glace lors du dernier âge glaciaire.

Les périodes chaudes sont les périodes dites interglaciaires ; c'est à cause de la reprise d'activité des végétaux et du dégel que le taux de CO2 augmente et le CO2 étant un gaz à effet de serre, il participe à aussi la hausse de la température.

Les derniers 500 000 ans en climat : quatre âges glaciaires, de mini-âges glaciaires et quatre périodes interglaciaires...

Adapté depuis le graphique d'une des études de James Hansen par l'océanographe John Englander

Dans les conditions actuelles, je ne sais pas qui vous recommander de croire, mais vous avez du choix...

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Si vous mettez un gros monticule de glace sur votre table, vous noterez que ça prend du temps avant que la glace commence à fondre, qu'elle fondra de plus en plus vite, et qu'elle prendra plus de temps à fondre s'il fait 2°C dans votre cuisine que s'il y fait 22°C ; il fait encore relativement frais dans l'Arctique, pourtant, le Groenland fond déjà rapidement. Nous n'en sommes qu'au début.

Il y a beaucoup d’inertie dans la fonte des calottes glaciaires ; ça pourrait prendre 200 ans de fonte (ou plus) avant que le niveau des océans n'atteigne l'équilibre avec la température actuelle... car le niveau des océans est directement dépendant de la température moyenne globale. Mais la température va apparemment continuer de grimper jusqu'à au moins 4°C de réchauffement global moyen (mesure qui ne tient pas compte de la hausse importante de la température des océans).

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Je me répète : bien que la hausse du niveau des océans paraisse catastrophique, elle demeure un inconvénient mineur comparé à la hausse de la température ou l'acidification des océans.

Un risque de refroidissement rapide dans l’Atlantique Nord

Merci à global-climat pour son accord a republié son excellent articles sur ce blogue. Visitez le souvent, il regorge d'excellent articles.

Par Johan Lorck le février 23, 2017

Une nouvelle étude publiée dans Nature Communications alerte sur le risque de voir un refroidissement important dans l’Atlantique Nord. Pour la première fois, des chercheurs se sont focalisés sur les conséquences d’une réduction brutale de la convection océanique dans une région clé, la Mer du Labrador. Leur conclusion : même sans un effondrement de la circulation thermohaline dans son ensemble, l’Atlantique Nord pourrait connaître un sérieux coup de froid.

Une équipe d’océanographes du laboratoire Environnements et paléoenvironnements océaniques et continentaux (CNRS/Université de Bordeaux) et de l’Université de Southampton vient d’évaluer pour la première fois le risque d’un refroidissement rapide dans l’Atlantique du Nord en relation avec un effondrement de la convection océanique dans la Mer du Labrador. Leurs résultats sont publiés dans Nature Communications.

La Mer du Labrador, au sud-ouest du Groenland, est une des régions de convection de l’Atlantique Nord où la formation d’eau profonde alimente un système de courants à grande échelle, la circulation océanique méridienne de retournement Atlantique, autrement connue comme AMOC ou circulation thermohaline. Avec l’AMOC, les courants océaniques en surface apportent les eaux subtropicales chaudes vers l’Atlantique Nord où, leur refroidissement les fait plonger en profondeur dans les régions de convection. 

Ils  retournent ainsi vers sud.  Ce système est donc responsable d’un transport de chaleur nette vers l’Atlantique du Nord.

Représentation schématique de la circulation dans la mer du Labrador, au cœur du gyre subpolaire schématisé par le contour rouge. Crédit : Giovanni Sgubin – EPOC.

A plusieurs reprises, depuis la fin de la dernière glaciation, il y a 20 000 ans, l’AMOC s’est déjà effondrée de façon brutale – en l’espace d’une décade ! – ramenant le climat à des conditions glaciaires en Europe. Dans les conditions climatiques actuelles, on estime qu’une interruption brutale de l’AMOC produirait une baisse de 5°C de la température dans l’Atlantique du Nord.

Le rapport du GIEC, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, estime qu’il y a de fortes chances pour que l’AMOC ralentisse au cours du XXIe siècle, mais cela serait très progressif. Un arrêt complet, qui entraînerait une chute rapide de la température de l’Atlantique du Nord, n’aurait que de très faibles chances de se produire au cours du siècle.

Les auteurs de l’article publiés dans Nature Communications ont réexaminé une quarantaine de modèles climatiques de dernière génération (CMIP5) en se concentrant sur la possibilité d’une interruption de la convection dans la Mer du Labrador. « Un arrêt de la convection océanique dans la Mer du Labrador n’aurait pas les mêmes effets catastrophiques qu’une interruption de la circulation thermohaline, mais cela peut avoir un impact important sur les évolutions des températures en Europe de l’ouest et dans l’est de l’Amérique », précise d’abord Giovanni Sgubin, l’auteur principal de l’étude.

« La convection dans la mer du Labrador alimente l’AMOC, mais elle contribue seulement de façon partielle au flux total de l’AMOC », continue Giovanni Sgubin. « Donc, si une interruption de la convection dans le Labrador se déclenche, l’AMOC ne va pas forcement s’interrompre ». Cela a incité les chercheurs à évaluer la possibilité d’un refroidissement dans l’Atlantique du Nord en raison de changements locaux dans la Mer du Labrador plutôt que en raison de changements à grande échelle de l’AMOC.

Circulation océanique thermohaline montrant la remontée d’eau chaude (en rouge) vers les hautes latitudes et le plongeon des eaux froides et salées (en bleu) qui reviennent vers le sud pour former une boucle (source : Wikipedia)

Normalement, avec la convection, une masse d’eau froide et dense s’enfonce dans l’océan grâce à un mélange entre eaux superficielles et eaux des profondeurs, qui provoque un flux de chaleur nette vers l’atmosphère. Il y a deux ingrédients nécessaires pour déclencher la convection dans le Labrador : des températures de l’atmosphère très froides (en hiver), et une stratification faible. La stratification mesure les variations verticales de la densité de l’eau.

Si une couche plus profonde est plus dense que la couche juste au-dessus, il y a une condition de stratification stable qui entrave le mouvement entre les deux couches et l’échange de chaleur vertical. Le changement climatique pourrait conduire à des conditions de stratification trop élevées dans la mer du Labrador pour pouvoir activer le mélange entre eaux superficielles et eaux des profondeurs en hiver et donc le phénomène de convection.

Parmi le 40 modèles climatiques étudiés, 17,5% projettent un arrêt complet de la convection dans cette région, avec comme résultat un refroidissement abrupt  (2 ou 3 degrés en moins de dix ans) de la mer du Labrador et de fortes baisses des températures dans les régions côtières de l’Atlantique Nord. Ce refroidissement lié à l’interruption de la convection est donc principalement le résultat d’une diminution drastique des échanges de chaleur entre les couches profondes de l’océan et l’atmosphère dans la région du Labrador.

Ce résultat pourrait apparaître de prime abord comme plutôt rassurant, vu que la plupart des modèles ne reproduisent pas un tel événement abrupt. Mais les chercheurs ont noté que tous les modèles ne sont pas capables de reproduire de façon réaliste la stratification dans la mer du Labrador, une variable clé pour la reproduction correcte des mécanismes de convection. Pour cette raison, ils se sont penchés sur les 11 modèles les plus capables de simuler la stratification observée. Parmi ces modèles, 45,5% montrent un effondrement des processus de mélange vertical profond dans la Mer du Labrador au cours du XXI siècle. Des processus qui se produisent normalement en hiver. En tenant compte de la fiabilité des modèles, le risque d’un refroidissement brusque en mer du Labrador apparaît donc bien plus élevé que ce qui prévu dans l’ensemble CMIP5.

Toutes les simulations reproduisant une interruption de la convection dans le Labrador, montrent qu’une diminution de salinité est le processus dominant dans le déclenchement de cet événement. Cela cause une augmentation de la stratification et l’interruption de la convection. En raison du réchauffement climatique, certains scientifiques craignent que la fonte des glaces du Groenland rejette suffisamment d’eau douce dans l’Atlantique Nord pour bouleverser la circulation océanique. Mais ce mécanisme n’a pas été pris en compte dans l’étude parue dans Nature Communications. 

Dans les modèles étudiés par Giovanni Sgubin et ses coauteurs, la diminution de la salinité dans la mer du Labrador est liée à deux phénomènes favorisés par le réchauffement climatique global : l’accélération du cycle hydrologique avec une augmentation des précipitations dans la Mer du Labrador et une changement de circulation océanique, dont une ralentissement du gyre subpolaire, c’est-à-dire de la circulation cyclonique horizontale caractérisant la Mer du Labrador.

Exemple d’un refroidissement rapide dans le gyre prédit par l’une des projections climatiques.
A gauche : évolution temporelle de la température de surface de la mer.
A droite : écarte entre la température de l’air à la surface de la mer, entre le début et la fin du XXIe siècle. Crédit : Giovanni Sgubin – EPOC.

Les modèles climatiques, en fait, ne simulent pas l’afflux d’eau douce issue des calottes et des glaciers. L’apport d’eau douce dans l’océan dû à la fonte des glaces du Groenland n’a donc pas pu être considéré. Mais les auteurs de l’étude ne sous-estiment pas son influence. « Vu que la diminution de salinité semble être une composante clé pour produire une interruption de la convection dans les modèles, l’apport d’eau douce du Groenland peut être une élément de plus augmentant la probabilité que cet événement abrupt se produise », précise Giovanni Sgubin.

L’un des défis de la prochaine génération de modèles climatiques est de tenir compte de ce processus. La fonte du Groenland risque donc de renforcer la conclusion de l’étude : la possible interruption de la convection dans la Mer du Labrador. Résultat, le refroidissement dans l’Atlantique Nord serait plus probable que ne le suggèrent les modèles climatiques.

Les observations récentes du climat montrent que quelque chose d’étrange se passe déjà dans l’ l’Atlantique Nord. La région subpolaire au sud de la Groenland, y compris la Mer du Labrador, est quasiment la seule du monde à ne pas s’être réchauffée depuis le début du XX siècle. On parle du soi-disant « cold blob », caractérisant une région circonscrite de l’Atlantique Nord en contre-courant avec la tendance à l’augmentation des températures observée au niveau global.

Anomalies de températures en hiver 2013 et 2016 (par rapport à la période 1900-1950) : on voit une zone froide au sud du Groenland. Source : NASA GISS.

Ce contraste serait l’une des manifestations de l’affaiblissement de l’AMOC, selon une étude parue fin mars 2015 (Nature Climate Change), signé par des chercheurs emmenés par Stefan Rahmstorf, du Potsdam Institute for Climate Research. 

Les scientifiques estimaient alors que le réchauffement climatique global dû aux émissions humaines de gaz à effet de serre avait déjà commencé à ralentir sérieusement la circulation thermohaline, de façon plus prononcée que dans les modèles climatiques. Cela serait la cause principale de l’apparition, dans les observations climatiques, d’un « cold blob » dans l’Atlantique du Nord. Or, compte tenu des résultats publiés dans Nature Communications par Sgubin et al., ce phénomène pourrait avoir une interprétation alternative : l’effet d’un changement de la convection dans la Mer du Labrador pourrait être aussi responsable d’un refroidissement local dans l’Atlantique du Nord.

Référence : Abrupt cooling over the North Atlantic in modern climate models, Giovanni Sgubin, Didier Swingedouw, Sybren Drijfhout, Yannick Mary & Amine Bennabi. Nature Communications, 15 février 2017. DOI: 10.1038/ncomms14375.