Extrait de la Lettre n°9 du Programme International Géosphère Biosphère-Programme Mondial de Recherches sur le Climat (PIGB-PMRC)

1 - L’index qui caractérise chacun des événements enregistrés au cours du temps dans la partie Est de l’Océan Pacifique est représenté depuis 1950, les particularités de l’El Niño de 1997-1998.

Site internet de la NOAA : http://www.cdc.noaa.gov

2 - En août 1997 les anomalies positives de température de forte intensité sont observées à la fois dans l’Océan Pacifique, dans les océans Indien et Atlantique, au Sud du Groendland ainsi qu’au large de la Terre de Feu.

3- La fréquence et l’intensité d’El Niño semble avoir significativement augmenté depuis 1977. Cette intensification brutale amène les météorologues à s’interroger sur une possible interaction entre le phénomène naturel El Niño et le réchauffement qui a eu lieu ces dernières décennies (les valeurs positives de l’Index correspondent aux conditions El Niño).

4 - Les profils isotopiques de l’Oxygène et du Carbone, effectués à haute résolution au cours de 16 mois de croissance d’une petite colonie de Porites provenant de Mururoa, sont comparées à des conditions météorologiques bien connues.

5 - La comparaison des mesures de température faites à Tahiti et du profil isotopique de l’Oxygène mesuré sur un corail de Moorea au cours des dernières années a montré que les variations de température dues à El Niño, même faibles se traduisent par des anomalies de ¹⁸O.

6 - Les influences d’El Niño signalées sur ce profil isotopique au cours du temps sont repérées à l’aide des anomalies filtrées aux différentes périodes mises en évidence par l’analyse spectrale à la fois sur les courbes isotopiques en ¹⁸O et ¹³C, en respectant la séquence des événements décrite dans le texte (l’anomalie de ¹³C précède d’un an l’anomalie de ¹⁸O).

7 - L’augmentation de température reconstituée à Moorea, d’environ 1,2°C nette depuis 1910 se superpose à des fluctuations de période d’environ 37 ans.

L’El Niño de 1982-1983 a été considéré comme le dérèglement climatique majeur de ce siècle. Ce phénomène qui se traduit par la migration d’Ouest en Est de part et d’autre de l’Océan Pacifique, d’une énorme vague d’eau chaude, fait intervenir étroitement le système océan-atmosphère; il affecte essentiellement les latitudes tropicales et équatoriales mais peut connaître des conséquences climatiques beaucoup plus globales.

Dans la Lettre PIGB-PMRC-France de Septembre 1995 était fait le bilan du Programme TOGA qui s’était déroulé sur 10 ans depuis 1985; les efforts avaient surtout porté sur les observations et les mesures ainsi que sur la modélisation de l’Océan Pacifique tropical. Bien que ce programme n’ait pas permis d’identifier la totalité des mécanismes mis en jeu lors d’un El Niño, les réseaux d’observations et les modèles mathématiques laissaient espérer une prédiction d’un événement six mois à un an près. Sa prédiction , ou son absence de prédiction par les modèles fait l’objet de l’article "El Niño 97 et sa prévision ".

Les particularités de l’El Niño de 1997-1998
Les réseaux d’observations mis en place, en particulier dans la partie Est de l’Océan Pacifique ont permis la comparaison d’un Index (le MEI "multivariate ENSO Index" ), calculé à partir de multiples variables enregistrées dans la zone tropicale de l’Océan Pacifique, des principaux événements qui se sont produits depuis 1955 (figure 1). Le déroulement chronologique d’un El Niño type est décrit sur deux années; l’anormalité du dernier événement se manifeste d’une part par sa précocité puisque l’anomalie est déclenchée environ 6 mois plus tôt que les autres, d’autre part par la durée et l’intensité de l’anomalie. Si l’intensité maximale a été atteinte en 1982-1983, l’index largement positif observé dès 1997, s’est prolongé pendant près de deux ans.
Tout comme en 1982-1983, les médias se sont fait l’écho des manifestations spectaculaires qui ont accompagné cet El Niño si particulier : depuis les cyclones très violents comme que ceux d’Accapulco ou de Bora Bora, la sécheresse qui a entraîné une terrible famine en Papouasie Nouvelle-Guinée dès Juin 1997, les feux de brûlis que la mousson d’été n’est jamais venue arrêter en Indonésie, l’hiver très doux qu’a connu le Brésil en 1997, l’hiver et le printemps 1998 épouvantablement pluvieux en Californie, sans oublier la sécheresse qui sévit actuellement au Sahel. Comme nous pouvons l’observer sur la figure 2 qui souligne les anomalies de température de surface des océans, de mi-Avril à mi-Mai 1998, la distribution anormale des températures affecte la totalité des bassins océaniques et ne se limite pas à la zone tropicale.

Evolution au cours du siècle
Si l’on en croit l’index MEI reporté sur la figure 3, de 1950 à nos jours, la fréquence et l’intensité d’El Niño ont significativement augmenté depuis 1977. Durant ces dernières années nous avons connu non seulement l’El Niño de 1982-1983 remarquable pour son intensité, la multiplicité et la violence de ses conséquences, mais aussi la période comprise entre 1990 et 1995, cinq années pendant lesquelles ont perduré des conditions météorologiques typiques d’El Niño et enfin le dernier événement que nous subissons encore, caractérisé par son intensité et sa durée. Cette intensification brutale amène les météorologues à s’interroger sur une possible interaction entre le phénomène naturel El Niño et le réchauffement qui a eu lieu ces dernières décennies.

Reconstruction du passé
Il faudrait que l’enregistrement couvre un laps de temps bien plus long pour que nous puissions observer si des événements aussi longs et intenses que l’El Niño de 1997-1998 se sont déjà produits, si une période aussi perturbée que celle que nous connaissons depuis 1977 a déjà été enregistrée, si la distribution d’El Niño a évolué entre les époques pré et post-industrielles. A cette fin la reconstitution à partir de données historiques relatives aux côtes d’Amérique du Sud est déjà un outil puissant (voir "La calibration des événements ENSO des derniers siècles"). Mais existent-ils des marqueurs suffisamment précis d’une part, avec une résolution au moins saisonnière d’autre part qui permettraient d’effectuer ces comparaisons en divers sites de l’Océan Pacifique?
L’étude de cernes d’arbres provenant de la côte américaine, l’analyse isotopique des neiges des glaciers tropicaux andins et celle des coraux massifs sont autant de traceurs potentiels des El Niño passés ou paléo-El Niño. Des laboratoires français de l’ORSTOM, du CNRS et du CEA ont décidé d’unir leurs savoir-faire afin de développer les reconstitutions des conditions météorologiques et océanographiques autour de l’Océan Pacifique au cours des derniers siècles. Les premiers efforts seront portés sur l’étude géochimique du corail.

Outil d’étude : les coraux récents
Les coraux utilisés pour les études de paléoclimatologie récente sont des organismes très simples vivant en colonies, dans la partie superficielle de la colonne d’eau, qui sécrètent un squelette d’aragonite, forme cristalline particulière de carbonate de calcium. Ils se développent essentiellement dans les eaux chaudes et sont connus depuis le Trias.
Les coraux massifs Porites utilisés pour la plupart des reconstitutions paléoclimatiques ont l’allure d’énormes choux fleurs pouvant avoir une durée de vie de plusieurs siècles pendant lesquels ils vont former un squelette de plusieurs mètres de diamètre. Ces coraux vivent le plus souvent à des profondeurs qui n’excèdent pas 10 mètres. La radiographie X de l’aragonite révèle l’alternance de bandes claires (de forte densité) et de bandes sombres (de faible densité) qui souligne une croissance saisonnière. Bien qu’il soit difficile d’attribuer la variation de densité à celle de paramètres météorologiques spécifiques, il a été observé qu’un couple de bandes sombre et claire représente la squelettogénèse d’une année. Une chronologie rapide peut donc être acquise par simple comptage. Plusieurs types d’études géochimiques sont susceptibles d’apporter des informations quantitatives concernant les variations de température de l’eau, de la salinité, des conditions d’ensoleillement.

Les traceurs géochimiques contenus dans ces coraux
Comme pour tous les carbonates de Calcium la composition isotopique de l’Oxygène de l’aragonite dépend à la fois de la température (figure 4) et de la composition isotopique de l’eau. Cette dépendance de deux paramètres peut être un avantage: en effet El Niño peut entraîner une augmentation de la température de l’eau de surface et/ou une modification des précipitations susceptibles d’affecter la salinité tout comme le rapport isotopique de l’eau de mer. Ainsi deux des premières grandes reconstitutions d’El Niño durant les siècles derniers, à la latitude de l’Equateur sont basées chacune sur un paramètre différent. Aux Galapagos R. Dunbar a essentiellement enregistré les augmentations notables de la température alors que J. Cole a surtout mis en évidence les augmentations des précipitations sur Tarawa une île située au plein centre du Pacifique équatorial.

Sr/Ca et U/Ca
Si ces études fournissent des informations en continu au cours du temps et permettent en principe une reconstitution discrète des événements ENSO, elles ne permettent pas de quantifier les variations de température ou les abondances des précipitations.
Le développement d’autres thermomètres géochimiques Sr/Ca et U/Ca apporte de nouveaux espoirs. En effet des atomes de Strontium ou d’Uranium peuvent se trouver dans la structure des carbonates de Calcium et plus précisément de l’aragonite des coraux, par simple substitution d’un atome de Calcium. Il se trouve que la quantité de Sr ou U dans l’eau de mer est suffisamment constante dans le temps et dans l’espace pour que seule la température influe sur le rapport Sr/Ca ou U/Ca contenu dans le squelette. De nombreuses études ont montré qu’il est possible de calibrer Sr/Ca par rapport à la température; en première approximation cette dépendance est semblable pour un même genre.
Une analyse isotopique couplée à la mesure du rapport élément trace/Calcium permet de quantifier à la fois la température et la composition isotopique en oxygène de l’eau. Les limites de ces méthodes géochimiques sont imposées par d’éventuels contrôles biologiques pouvant se produire lors de l’édification du squelette et font actuellement l’objet de multiples expériences et mises au point. Par ailleurs c’est précisément à l’interaction du métabolisme que nous devons un autre indicateur géochimique, le rapport ¹³C/¹²C.

¹³C/¹²C
Même si nos connaissances ne nous permettent pas pour l’instant d’attribuer la variabilité saisonnière de ¹³C de l’aragonite le long du calice d’un même individu à un mécanisme précis, de premiers indices ont démontré que cette variabilité pouvait être due à la productivité de la symbiose corail-zooxanthelle. En effet le corail est un animal vivant en étroites relations avec des microalgues; cette symbiose serait à l’origine entre autre d’échanges d’atomes de Carbone d’origine métabolique et du réservoir interne propre au corail lui-même alimenté par l’eau de mer. Il apparaît que les fluctuations de ¹³C sont en étroite relation avec l’activité photosynthétique des algues et donc avec l’irradiation solaire (figure 4).

Reconstitution de l’influence d’ENSO, au cours du temps à Moorea (Polynésie française)
La reconstitution de l’influence d’El Niño au cours des dernières 140 années à Moorea est basée sur les deux indicateurs que sont le rapport ¹⁸O/¹⁶O, traceur de la température de l’eau de mer et le rapport ¹³C/¹²C, traceur de l’activité photosynthétique et donc indirectement de la nébulosité. En effet les relevés météorologiques récents ont montré qu’El Niño se traduit à Tahiti (très proche de Moorea) par une faible augmentation de température (de l’ordre de 1 à 2°C) et une diminution de la nébulosité (d’environ 12%) pendant la saison des pluies qui coïncide avec la période de plus forte irradiation.
Cette étude a montré que l’outil géochimique pouvait être utilisé dans des zones autres que celles où les anomalies sont majeures. En effet la grande précision des mesures que nous sommes maintenant capables d’obtenir nous permet de mettre en évidence des variations de température inférieures au °C et de faibles variations de nébulosité. De telles reconstitutions au cours des siècles passés ne sont possibles qu’après une solide "calibration" des fluctuations des traceurs géochimiques avec les paramètres météorologiques mesurés depuis les dernières années. Nous avons pu ainsi souligner les effets des El Niño connus depuis 1955 sur les paramètres météorologiques mesurés et les comparer aux enregistrements isotopiques (figure 5).

Signature isotopique d’un El Niño
Lorsque les eaux chaudes migrent de la partie Ouest à la partie Est de l’Océan Pacifique, la Zone de Convergence du Pacifique Sud remonte vers le Nord ce qui se traduit par une anomalie positive en ¹³C; l’augmentation de la température de surface de l’océan, signalée par une anomalie négative de ¹⁸O, ne se produira qu’une année après. L’association de ces deux signaux se produisant sur deux ans est pour nous la signature de l’influence d’El Niño à cette latitude et nous permet la reconstitution portée en figure 6 durant les derniers 140 ans. L’effort de reconstitution ne peut pas être dissocié d’un traitement mathématique rigoureux des résultats, qui révèle les périodicités statistiquement significatives.
Les températures reconstitué le réchauffement enregistré depuis le début du siècle se traduit à Moorea par une augmentation de température supérieure à la moyenne (1,2 au lieu de 0.6°C) (figure 7), les températures d’hiver augmentant plus rapidement que celles de l’été.

Prospective
Dans la perspective de mieux cerner les migrations de la Zone de Convergence du Pacifique Sud associées à chaque événement El Niño une campagne de l’IRD s’est déroulée en Juin-Juillet 1998 au large des Fidji et une autre est prévue en automne prochain plus au Nord. Des carottes recouvrant plusieurs siècles seront prélevées dans des têtes de Porites.. L’analyse isotopique effectuée au LSCE couplée à la mesure des rapports Sr/Ca et U/Ca faites à l’IRD à Bondy seront les traceurs des modifications météorologiques causées par El Niño au cours des dernières centaines d’années.

Ces résultats seront comparés aux études effectuées en collaboration entre l’IRD, le LSCE et le LGGE, sur la même échelle de temps sur des glaciers tropicaux de Bolivie et d’Equateur. Ils seront également comparés à la chronologie des événements El Niño établie à partir d’archives historiques (voir "La calibration des événements ENSO des derniers siècles").

Contact :
Anne Juillet-Leclerc
LSCE (CNRS-CEA)
Domaine du CNRS
Anne.Juillet@lsce.cnrs-gif.fr
91191 Gif sur Yvette