Aller au contenu Aller au menu Aller à la recherche

L’océan, ce régulateur de climat

accès rapides, services personnalisés

Rechercher

Recherche détaillée

Contact

Direction de la communication

 

Marie Pinhas-Diena, responsable de la communication scientifique l T. 01 44 27 22 89 l M. marie.pinhas@upmc.fr

L’océan, ce régulateur de climat

L’augmentation des teneurs en gaz carbonique (CO2) dans l’atmosphère n’est pas sans conséquence sur la chimie et la biologie de l’océan, menaçant un équilibre déjà fragilisé par des pressions anthropiques ou des variations naturelles. Le cours « Océan et cycle du carbone : menaces et opportunités sur le cycle du carbone » de l’unité d’enseignement « Grandes questions environnementales » du master « Sciences de l’Univers, environnement, écologie » de l'UPMC, revient sur le lien entre l’apport atmosphérique et l’activité biologique, sur l’acidification des océans et sur le rôle de la biogéochimie marine dans la régulation climatique.

 

Océan Austral autour de l’Antarctique. Les océans polaires sont les principaux contributeurs à la pompe physique de carbone car les eaux froides permettent de solubiliser plus de CO2 puis par leur densité élevée d’entrainer ce CO2 vers de plus importantes profondeurs où il sera stocké pendant plus longtemps. © D. Cardinal

 

Couplage Océan-Atmosphère

L’atmosphère est dans certaines régions océaniques, une voie d’approvisionnement significative de composés indispensables à l’activité biologique marine (éléments nutritifs majeurs comme l’azote et le phosphore, métaux traces comme le fer). À la suite de processus de mise en solution des aérosols dans la colonne d’air (pluie) et dans la colonne d’eau, une partie de ces éléments nutritifs associés aux aérosols se retrouve dans l’eau de mer sous forme dissoute et donc potentiellement « bio-disponible » pour les microorganismes marins, et notamment pour les microorganismes photosynthétiques qui constituent le phytoplancton. Ces apports atmosphériques de nutriments indispensables à la photosynthèse (transformation du CO2 en carbone organique) vont donc permettre d’augmenter l’activité phytoplanctonique et ainsi de consommer du CO2 dans l’océan.

 

Événement atmosphérique d’origine saharienne au dessus de l’océan Atlantique nord vu par le satellite SeaWifs de la NASA (http://apod.nasa.gov/apod/ap000303.html).

 

Un exemple frappant du rôle fondamental de l'atmosphère sur la dynamique phytoplanctonique est le cas des eaux de l’océan Austral qui présentent des concentrations extrêmement faibles de fer dissous ce qui engendre une faible activité phytoplanctonique. C’est parce qu’il y a très peu d’apports atmosphériques dans cette zone océanique qu’il y a très peu de fer dans l’eau de mer et donc peu de phytoplancton.

 

L’océan, un gigantesque puits de CO2

Depuis le début de l'ère industrielle, l’utilisation intensive de combustibles fossiles provoque une augmentation régulière de la concentration de gaz carbonique (CO2) dans l’atmosphère. Une partie des rejets de CO2 est piégée par les océans et les surfaces continentales. À l’heure actuelle, l’océan mondial absorberait chaque année environ un peu plus du quart des rejets anthropiques de CO2.

 

L’augmentation de la dissolution du CO2 atmosphérique dans l’eau de mer provoque une acidification globale des océans. Le pH moyen des eaux de surface océaniques est passé en un siècle de 8,2 à 8,1. À ce rythme, on estime qu’il diminuera de 0,3 unités d'ici 2100. Cette diminution de pH est associée à une diminution des ions carbonates qui constituent l’un des deux composés nécessaires à la formation du squelette (calcification) d’un grand nombre d’organismes marins calcifiants comme par exemple les coraux, les mollusques, les ptéropodes (minuscules escargots de mer planctoniques) ou les coccolithophoridés (phytoplancton calcifiant). La calcification de ces organismes risque donc de fortement diminuer d’ici la fin du siècle. Au contraire, l’augmentation de la concentration en CO2 dans l’eau de mer pourrait augmenter la fixation du CO2 par le phytoplancton.

 

Ptéropode arctique « Limacina helicina » récolté à Spitzberg (Norvège). © CNRS Photothèque/LOV/Steeve COMEAU

 

Cinq coccolithophoridés vus au microscope électronique à balayage et montrant les différences de calcification existant au sein de la même espèce, ici « Emiliania huxleyi ». © CNRS Photothèque/CEREGE/Luc BEAUFORT

 

Difficile cependant de tirer des conclusions claires sur les effets de l’acidification des océans sur la photosynthèse et la calcification des organismes marins. Les conséquences de l’acidification de l'océan sur les écosystèmes marins n'ont été étudiées qu'à partir de la fin des années 1990 et restent à ce jour mal connues. De grands questionnements restent en suspens. Les organismes et les écosystèmes océaniques touchés pourront-ils s’adapter et continueront-ils à évoluer ? Et si oui de quelle manière ? Les répercussions écologiques et économiques de l’acidification de l’océan, qui dépendront de la réaction de l’écosystème marin, pourraient être considérables.

 

Le rôle de la biogéochimie marine dans la régulation climatique

Outre des échanges thermiques entre l’océan et l’atmosphère qui régissent de façon majeure le climat à l’échelle globale et régionale, la biogéochimie de l’océan influence elle aussi la régulation du climat. Le lien entre les cycles du carbone océanique et atmosphérique se fait essentiellement via deux processus.

 

Avec la pompe à carbone physique, un équilibre thermodynamique s’établit entre les concentrations de CO2 dans l’atmosphère et dans la couche de surface de l’océan comme déjà décrit ci-dessus pour la dissolution. Cette pompe à carbone physique est d’autant plus efficace quand les eaux de surface sont froides et denses (c’est à dire en Atlantique nord et Océan austral).

 

Avec la pompe à carbone biologique, le phytoplancton transforme une partie du CO2 en surface de l’océan en carbone organique particulaire. Une partie de ce carbone organique quittera ensuite la couche de surface par sédimentation. Selon la profondeur à laquelle le carbone sera exporté par ces deux pompes, il sera stocké dans l’océan pendant quelques siècles (si export entre 200-1000m), plus de mille ans (si export entre 1000 et 5000 m) voire des dizaines de milliers d’années (lorsque enfoui dans les sédiments). On connait encore mal cette pompe biologique dont les estimations à l’échelle globale varient d’un facteur 5 et les facteurs de contrôle de son efficacité (type d’organismes en surface et en profondeur, température…).

 

De nombreuses incertitudes subsistent sur ces processus, sur leurs évolutions avec les changements en cours et leurs rétroactions sur le climat. Les questions scientifiques actuellement en débat portent sur l’étendue de la glace de mer, la stratification de l’océan polaire, la dominance des diatomées et/ou des coccolithophoridés, ou encore la variabilité des apports de fer par les poussières atmosphériques et/ou par les sédiments.

Pour en savoir plus :

Céline Ridame est maître de conférences UPMC au laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN, UPMC/CNRS/MNHN/IRD)Nouvelle fenêtre.

 

Damien Cardinal est professeur UPMC au laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN, UPMC/CNRS/MNHN/IRD)Nouvelle fenêtre.

 

À lire : COP 21 : on a oublié d’inviter l’océan !Nouvelle fenêtre



11/06/15