CLIMAT, Une enquête aux pôles

Pourquoi se rendre aux pôles pour y étudier le climat ?
Comment les recherches s’y organisent-elles ?
Quels sont les domaines scientifiques concernés ?
Comment vit-on aux pôles ?

Autant de questions auxquelles cette animation donne des éléments de réponse, de façon vivante et ludique,
à travers de nombreux films, photos, interviews et textes.

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Climat, une enquête aux pôles

Mieux connaitre les pôles

Les explorateurs des pôles

Découverte de l’Arctique

Le mot Arctique provient du grec arktos, signifiant ours, en référence à la constellation de la Grande Ourse visible dans l’hémisphère nord. L’histoire de la découverte de l’Arctique débute en 330 avant JC, avec Pythéas, un navigateur grec qui, en naviguant vers le Nord, atteint les Iles Shetland ou l’Islande. Les navigateurs nordiques, Vikings, Néerlandais ou Danois, vont ensuite se succéder jusqu’à la fin du 18e siècle et découvrir de nouvelles terres : l’Islande, le Groenland, la Nouvelle-Zemble, les Iles Aléoutiennes, mais aussi les détroits de Lancastre ou de Béring.

Au cours du 19e siècle la découverte du pôle Nord et de ses habitants continue. Le pôle nord magnétique sera par exemple déterminé par le Britannique John Ross, lors d’une expédition, en 1831. En 1818 John Ross avait été le premier Européen, avec son compatriote Edward Perry, à rencontrer des « Eskimos ». Ces explorations se poursuivent au 20e siècle : recherche du pôle nord géographique, passage maritime du Nord-Ouest, établissement de la première base dérivante, par les Soviétiques en 1938, passage en sous-marin sous le pôle Nord, en 1958 et 1961 par les Américains. Sans oublier, du côté français, les expéditions de Paul-Emile Victor au Groenland à partir de 1934.

Découverte de l’Antarctique

Le nom Antarctique vient du grec antarkticos qui signifie « opposé à l’Arctique ». L’existence du continent Antarctique est évoquée dès l’Antiquité par Aristote. Mais il faudra attendre Magellan, en 1520, qui, en contournant le sud de l’Amérique, aperçoit des terres glacées au sud, pour que l’idée de ce continent « Austral » soit à nouveau évoquée.

En 1773 James Cook est le premier navigateur à franchir le cercle polaire antarctique. En 1820 le Russe Bellingshausen est le premier à apercevoir le continent. L’année suivante l’Américain John Davis est le premier à y accoster. En 1838 une expédition française, dirigée par Dumont d’Urville, part à la recherche du pôle sud magnétique. En 1840 ils accostent à un endroit que Dumont d’Urville va baptiser Terre Adélie en l’honneur de sa femme. Suivront le premier hivernage dans les glaces (1897/1898), puis sur terre (1899).

Le Norvégien Amundsen atteint le premier le pôle sud géographique en 1911. Les expéditions polaires françaises construisent en 1949 une base en Terre Adélie. 1956 voit la création de la base Dumont d’Urville, toujours en activité. C’est le début de la présence scientifique en Antarctique. En effet, une fois passé ce temps de l'exploration et des premières découvertes, c'est une présence scientifique permanente qu'il a fallu déployer pour mener des recherches dans ces milieux extrêmes.

Une coopération internationale

La recherche en milieu polaire, malgré les rivalités nationales et grâce à l'émulation entre chercheurs, est marquée par la dynamique impulsée par les quatre années polaires internationales de 1882-1883, 1932-1933, 1957-1958 et 2007-2008. Ces évènements ont permis la mise en place de programmes de recherche spécifiquement dédiés aux régions polaires.

Les progrès scientifiques et les découvertes, fruits d’un travail en commun, ont imposé la coopération internationale comme mode de fonctionnement de la recherche en milieu polaire. Une première collaboration internationale en 1874-1875 a réuni des équipes françaises, britanniques, allemandes et américaines autour de l’observation du passage de Vénus dans les îles subantarctiques. Cette collaboration, qui a été un succès, a été le point de départ de la première année polaire internationale et le début d'une dynamique exemplaire de coordination des recherches en Arctique et en Antarctique.

Essor des recherches

L'Année Géophysique Internationale (AGI) de 1957-1958 a cependant été le véritable point de départ de la coopération internationale autour des recherches polaires. 61 nations ont participé aux différentes campagnes, des avions, des dizaines de navires, des milliers d'hommes, furent mobilisés. Les pays coopérèrent étroitement et échangèrent leurs données scientifiques. Douze nations établirent plus de cinquante observatoires sur le continent Antarctique dont Amundsen-Scott (USA), Vostok (URSS) et pour la France, en Terre Adélie, Dumont d’Urville sur la côte et Jean Charcot 320 km à l'intérieur du continent. Jacques Dubois, Claude Lorius et Roland Schlich hivernèrent ainsi à Charcot pour la première fois de février à novembre 1958.

Les résultats obtenus ont conduit aux premières estimations de l'épaisseur de la calotte polaire et à de nombreuses découvertes en glaciologie, climatologie et biologie. Ce fut par exemple la confirmation de la théorie très discutée de la dérive des continents, le début des mesures de concentration de gaz carbonique, ou encore le début de la conquête spatiale avec le lancement des premiers satellites. Depuis se sont multipliés les réseaux scientifiques, au niveau européen ou international, autour de projets scientifiques ambitieux et pluridisciplinaires..

Les recherches aux pôles

Projets de recherche de la 4ème API

Aux pôles, aujourd’hui, la participation des équipes scientifiques de plus de soixante nations s'organise autour de six thèmes de recherche définis au niveau international. Sur les 218 projets retenus pour la quatrième Année Polaire Internationale, 115 sont basés en Arctique, 37 en Antarctique et 66 aux deux pôles. Ces projets scientifiques couvrent des domaines aussi variés que la glaciologie, la biologie, l'astronomie, l'océanographie ou les sciences humaines, et impliquent environ 50 000 chercheurs et techniciens de 60 pays. Réchauffement de la planète oblige, plus de la moitié des programmes scientifiques portent sur ce thème.

Évolution du climat, de l'environnement et des écosystèmes

Prendre le pouls des régions polaires : évolution du climat, de l'environnement et des écosystèmes dans les régions polaires (incluant les océans sous les hautes latitudes). Quel est le statut de la circulation et de la composition océaniques aux hautes latitudes ? Comment varient les écosystèmes polaires dans l'espace et le temps ? Dans quelle mesure ces variations peuvent-elles être attribuées à des impacts anthropiques ? Comment évolue le climat ?

Changements environnementaux et humains

Quantifier et comprendre les changements environnementaux et humains, passés et actuels, afin d'améliorer nos prévisions pour le futur. Comment la biodiversité des régions polaires répond-elle aux changements climatiques à long terme ? Comment la planète répond-elle à des cycles glaciaires successifs ? Quels sont les facteurs de refroidissement des régions polaires ?

Liens entre les régions polaires et le reste de la planète

Faire progresser notre compréhension des liens entre les régions polaires et le reste de la planète, à plusieurs échelles, et des processus contrôlant ces interactions. Quel rôle jouent les régions polaires dans le cycle global du carbone ? Quelle est la stabilité des grandes masses glaciaires et quel est leur impact sur le niveau des mers ? Quelles sont les interconnexions Nord-Sud ?

Biodiversité polaire

Étudier l'inconnu aux frontières de la science dans les régions polaires : organisation et structure de la biodiversité polaire marine et terrestre, à tous les niveaux trophiques, diversité génétique et diversité fonctionnelle dans les environnements extrêmes, composition et morphologie des fonds marins et de la croûte terrestre dans les régions couvertes de glaces. Quelles sont les caractéristiques des océans profonds et des écosystèmes sous-glaciaires ?

Observer la Terre et l’espace

S'appuyer sur la position géographique unique des régions polaires pour mettre en place ou développer des observatoires explorant la Terre profonde, le magnétisme terrestre, l'espace et les relations du Soleil avec l'environnement terrestre.

Sociétés humaines arctiques

Étudier les processus culturels, historiques et sociaux permettant la résilience et le maintien des sociétés humaines arctiques et identifier la spécificité de leur contribution à une diversité culturelle globale.

Géographie des pôles

Pourquoi fait-il si froid aux pôles ?

Situés aux deux extrémités du globe, l’Arctique et l’Antarctique sont deux territoires glacés très différents, véritables régions de l’extrême. Il y fait très froid bien sûr, car ce sont les deux régions du globe où les rayons solaires arrivent suivant une inclinaison maximale à la surface, et donc où ils apportent peu de chaleur. Ce « chauffage » atténué au niveau des pôles est ensuite réparti différemment dans l’année, suite à l’inclinaison de l’axe des pôles qui provoque l'hiver une longue nuit et l'été un long jour.

À cela s'ajoute l'albédo élevé des surfaces, la neige et la glace, deux éléments omniprésents dans ces régions. L’albédo est la proportion de l’énergie solaire arrivant au sol qui est réfléchie vers l’atmosphère. Une partie de cette énergie est visible, c’est la lumière solaire, qui ne représente que 40% de l’énergie solaire, le reste se trouve dans le domaine de l’ultraviolet (10%) et de l’infrarouge (50%).

L’albédo de la neige varie ainsi de 40 à 90%, celui de la glace de 40 à 50%. Ces albédos sont à comparer à l’albédo moyen à la surface du globe : 10 à 15%. Dans les régions polaires la neige et la glace renvoient donc dans l'atmosphère l'essentiel de la chaleur solaire reçue.

La structure continentale de l’Antarctique joue un rôle important au niveau des températures puisqu'elle empêche les courants marins et atmosphériques de venir réchauffer le continent. Aux mêmes latitudes l’Antarctique est ainsi en moyenne 10°C plus froid que l’Arctique. Il faut encore compter sur l'altitude élevée du continent austral : à 3 000 m il fait en moyenne 20°C de moins qu'au niveau de la mer.

Géographie de l’Arctique

L’Arctique, au nord, est la région composée de l’océan Arctique, dont une grande partie est gelée en permanence – c’est la banquise – et le nord des terres qui l’entourent : la péninsule scandinave, le nord de la Russie et de la Sibérie, le nord de l’Alaska, du Canada, le Groenland, le Spitzberg, … L’océan arctique est une zone bien délimitée, ce qui n’est pas le cas des régions arctiques terrestres. En effet, où fixer la frontière terrestre de l’Arctique ? Il est en général admis que celle-ci est délimitée par la ligne à l’intérieur de laquelle la température, pendant le mois de juillet, le mois plus “chaud” de l’année, ne dépasse pas 10°C. Il s’agit de la ligne de Köppen, qui correspond à peu près au passage de la taïga (forêt boréale) à la toundra (mousses, lichens). En Arctique la glace qui forme la banquise est de la glace de mer. C’est une zone océanique dont la surface varie en fonction des saisons. Actuellement cette surface, moyennée sur chaque saison, oscillait, en 2005, entre 15 millions de km² en hiver et 8 millions de km² en été, une sorte de Méditerranée du Nord, presque entièrement entourée de terres. Sa partie centrale est occupée par une banquise permanente pluriannuelle qui peut, l'hiver, occuper la quasi-totalité de la surface et déborder sur le Pacifique par le détroit de Béring et en Atlantique le long des côtes du Groenland.

Géographie de l’Antarctique

L’Antarctique, au sud, est un continent recouvert d'une immense calotte glaciaire, des millions de mètres cubes de glace entourés de mer, l’océan Austral. Le continent et ses plates-formes de glace flottante permanente représentent une surface de 14 millions de km², soit une fois et demie celle de la Chine, et 8 % des terres émergées du globe. L'énorme calotte glaciaire, appelée inlandsis, contient à elle seule 80% des réserves d'eau douce de la planète ! L’Antarctique est le continent le plus élevé du monde : l’altitude moyenne y est d’environ 2,3 kilomètres. La péninsule antarctique, la région la plus au nord, regroupe la plupart des zones non glacées du continent. L’Antarctique est la région la plus froide, tout comme l'océan qui l'entoure, la plus ventée et la plus désertique du globe. Le cœur de l'Antarctique ne connaît aucune vie végétale ou animale.

Où se situent les bases scientifiques ?

En Antarctique, 37 bases scientifiques permanentes, représentant 20 nations, sont installées. Ces bases sont essentiellement situées sur les côtes, à l’exception de quelques-unes d’entres elles comme Vostok ou Concordia. La dernière-née est la base franco-italienne Concordia. La plus peuplée est la base américaine McMurdo qui peut accueillir jusqu’à un millier de personnes en été. Au total, ce sont près de 5 000 scientifiques et techniciens associés qui se rendent en Antarctique chaque année.

L'Arctique permet la mise en place d'un nombre beaucoup plus important de programmes de recherche que l’Antarctique, car l’accès en est plus simple, les conditions de séjour plus aisées et la logistique moins lourde. De nombreuses installations temporaires viennent s'ajouter aux quelques bases permanentes, parmi lesquelles la base de recherche russe dénommée Barneo.

Cette base flotte sur la banquise, et est installée depuis 1997 au début de chaque mois d'avril à environ 100 kilomètres sous le Pôle Nord géographique. Cependant, les vents nordiques font dériver le camp vers le sud-est à une vitesse de 0,8 km/h. En raison de la glace mobile constante sur l'océan Arctique, Barneo doit être entièrement reconstruit tous les ans. La vocation de cette base est double. Elle assure tout d'abord le soutien logistique des grandes expéditions polaires se rendant au Pôle et sert aussi de point de départ pour les voyageurs souhaitant mettre un pied sur le toit du monde.

Géopolitique de l'Arctique

Les situations géopolitiques de l'Arctique et de l'Antarctique sont très différentes. Au pôle Nord, les territoires dépendent tous des pays qui bordent l'océan Arctique : Norvège, Russie, Canada, USA…

Cependant, l'archipel du Svalbard, qui dépend de la Norvège, est régi par le traité de Paris signé en 1920 par 14 pays, ratifié ensuite par une quarantaine de nations. En 1925, le Svalbard est devenu partie intégrante du royaume de Norvège. Mais, selon le traité de Paris, divers pays ont le droit d'exploiter les ressources naturelles "sur un pied d'égalité absolu". Ce traité déclare la démilitarisation complète de l'archipel, mais autorise l'établissement de bases scientifiques. C'est ce qui explique la présence d’une importante communauté internationale de scientifiques, basée à Ny Ålesund, et où se trouvent les bases françaises Jean Corbel et Charles Rabot.

Géopolitique de l'Antarctique

Au pôle Sud, la situation géopolitique est très différente de celle du pôle Nord. Les efforts de coopérations internationales autour de projets scientifiques ont été à l'origine de la signature du Traité de l’Antarctique en 1959, traité entré en vigueur en 1961. Cet accord suspend les revendications territoriales sur les terres situées au sud du 60e parallèle et y interdit les activités militaires, les essais nucléaires et les dépôts de matières dangereuses. La science, en revanche, y a droit de cité.

Ce Traité a été reconduit en 1991 pour cinquante ans et a été complété par le Protocole de Madrid sur la protection de l'environnement, qui impose des contraintes rigoureuses à toute activité en Antarctique. Il vise à émettre un certain nombre de règles pour limiter l’impact des activités humaines dans cette région du monde.

Ainsi il est interdit d’introduire des espèces étrangères volontairement. Tous les déchets doivent impérativement être rapatriés hors de l’Antarctique. Les navires qui circulent dans ces régions doivent présenter certaines caractéristiques pour prévenir les accidents potentiels et les marées noires.

Dans ce but, la Belgique s’apprête par exemple à construire une base entièrement « bio » en Antarctique. Baptisée Station Princesse Elisabeth, la future base belge utilisera exclusivement les énergies renouvelables (solaire, vent…) et recyclera entièrement ses déchets. Elle accueillera une vingtaine de scientifiques durant l’été.

La France aux pôles

Pour des raisons essentiellement historiques et territoriales, la présence française est très différente aux pôles Nord et Sud. En Arctique cette présence est faible. Cela s'explique par la situation géopolitique propre à cette région. La France n'a, depuis l'abandon du Canada, revendiqué la souveraineté d'aucun territoire arctique. Or, toutes les terres au-delà du cercle polaire sont aujourd'hui sous la souveraineté d'un petit nombre d'états : États-unis, Canada, Islande, Norvège, Suède, Finlande et Russie. Il n'est donc pas possible d'y établir, sans convention internationale préalable, une base scientifique. Seuls quelques états bénéficient d'exception comme l'Allemagne, à laquelle la Russie a concédé une base sur l'Arctique à l'époque de la guerre froide, et qui l'a conservée.

À la différence de sa situation en Arctique, la France bénéficie de positions enviées en Antarctique et dans l'océan Austral. Pour des raisons là aussi historiques, la France y dispose de plusieurs îles ou archipels : Kerguelen, Crozet, et Saint-Paul et Amsterdam. Elle revendique aussi une portion du continent antarctique : la terre Adélie.

Notre pays est aussi l'un des trois seuls, en coopération avec l'Italie, à disposer d'une base permanente à l'intérieur du continent antarctique, Concordia. Seuls les États-Unis, à Mac Murdo, et la Russie, à Vostok, disposent de tels moyens. Toutes les autres stations de l'intérieur du continent sont des camps d'été ne fonctionnant que quelques mois par an.

En direct de Concordia

Séjours scientifiques en Antarctique

La vie sur une station en Antarctique varie énormément en fonction des saisons, de l’implantation de la station, de l’infrastructure et de la disponibilité des fournitures. Alors que la grande majorité des scientifiques ne séjournent en Antarctique que durant les mois d’été, afin de bénéficier de conditions de luminosité et de climat optimales, 10 à 20 % d’entre eux y séjournent également durant les mois d’hiver. C’est l’hivernage.

La taille de ces groupes d’hivernants est très variable selon les stations, allant de près de 200 personnes sur la base américaine de McMurdo, à une quinzaine de personnes sur la base franco-italienne Concordia, installée sur le site de Dôme C.

Hivernage à Concordia

Le site franco-italien, à l’intérieur du continent et à une altitude de plus de 3000 mètres, semble réunir les conditions optimales pour un observatoire astronomique : pureté de l’atmosphère, sécheresse, peu de vent, peu de turbulence, peu d'activité sismique et continuité des mesures assurée dans le temps. Des expériences de glaciologie, de géophysique, de chimie de l’atmosphère ou encore de psychologie sont également menées à Concordia. Le premier hivernage à Concordia a eu lieu en 2005.

Sur cette station, l’hivernage débute réellement vers la mi-février, lorsque tous les avions ont quitté le continent antarctique. Le prochain avion ne reviendra que début novembre, donc après près de 9 mois d’isolement, pendant lesquels il y aura une longue période de nuit et des températures extérieures pouvant atteindre -80°C. Les hivernants doivent donc faire preuve d’une extraordinaire capacité d'adaptation et d’une bonne résistance. Les conditions de vie s’apparentent alors à ce qui se passe dans des stations orbitales ou spatiales. C’est pourquoi ces expériences de petits groupes en milieux confinés intéressent particulièrement les agences spatiales.

L’été à Concordia

Pour rallier Concordia l’aventure dure deux mois et demi : départ de Tasmanie pour dix jours de mer, sur le brise-glace l’Astrolabe, à travers les plus terribles océans de la planète. Le bateau va en effet croiser les 40èmes Rugissants, les 50èmes Hurlants et les 60èmes Mugissants, avant d’atteindre le continent et la base polaire de Dumont d’Urville en Terre Adélie. Scientifiques et techniques débarquent alors pour prêter main-forte aux 26 hivernants isolés depuis 9 mois.

Un groupe d’une dizaine d’hommes se prépare alors pour un raid chenillé de 1 200 kilomètres, d’une durée d’environ 12 jours. Le raid, c'est l'arrivée de personnel nouveau, de près de 200 tonnes de matériel scientifique, de vivres et de carburant. En plus de la liaison par raid, Concordia est accessible par de petits avions qui permettent le transport d'une tonne de charge. Ces avions servent essentiellement au transport des personnes.

À l’arrivée à Concordia, la vie des scientifiques s’organise : astronomie, étude du réchauffement climatique, expériences en vue des prochains vols vers Mars, carottage dans les archives climatiques de la planète…


Les archives du climat

Impacts de l’homme sur les pôles

Réchauffement climatique

D'après les mesures enregistrées par les stations météorologiques en différents endroits de la Terre, la température moyenne à la surface de la planète a augmenté d'environ 0,8°C (plus ou moins 0,2°C) au cours des cent vingt dernières années.

Composition chimique de l'atmosphère

La confirmation au cours de ces dernières années du lien existant entre les activités humaines et l’évolution de la composition chimique de l’atmosphère qui se traduit par la destruction de l’ozone stratosphérique et l’augmentation des gaz à effet de serre (avec des répercussions sur le climat et des conséquences sur la santé publique), confère une importance majeure à l’étude de l’atmosphère des hautes latitudes et à ses interactions avec la cryosphère et l’océan. Les données acquises sont essentielles car elles permettent aux modèles mathématiques de simuler le climat à l’échelle de la planète ainsi que son évolution de façon plus réaliste.

Changement climatique et destruction de la couche d'ozone en altitude sont deux phénomènes qui résultent de l’émission par l’homme de certains gaz particuliers : les gaz à effet de serre dans le premier cas et les CFC (chlorofluorocarbures) dans le second. Les CFC, pour compliquer un peu la chose, sont aussi des gaz à effet de serre !

Effet de serre

L’effet de serre est un phénomène naturel dû à la présence de certains gaz dans l'atmosphère – vapeur d'eau, dioxyde de carbone, méthane – qui retiennent une partie de la chaleur émise par la surface de la Terre qui a été chauffée par les rayons du soleil.

Sans effet de serre, la température moyenne de la Terre avoisinerait les -18°C au lieu des +15°C constatés ! Ce phénomène participe ainsi à l'équilibre thermique de la planète. Mais il peut aussi conduire à une hausse des températures si le mécanisme d'absorption devient plus efficace.

Les combustibles fossiles qui sont composés du charbon, des fiouls et du gaz naturel constituent la plus grande menace en ce qui concerne l'augmentation des gaz à effet de serre.

Qu'est-ce que la couche d'ozone ?

Située dans la haute atmosphère (stratosphère) de la Terre, la couche d’ozone protège la planète et ses occupants du rayonnement ultraviolet émis par le Soleil.

Dans la basse atmosphère (troposphère), là où il est en contact avec la vie, l’ozone est un polluant. L’ozone troposphérique ne représente que le dixième de la couche d’ozone présente dans la haute atmosphère. Sa quantité augmente suite aux émissions humaines dues aux transports et aux activités industrielles. Il constitue un élément nocif pour l’homme (c’est un gaz irritant pour les muqueuses oculaires et respiratoires), les animaux et les végétaux.

Le trou dans la couche d'ozone

Au niveau de l’Antarctique, la très basse température hivernale favorise la concentration des chlorofluorocarbures (CFC) dans l’atmosphère sous forme inerte. Dès que l’ensoleillement reprend, sous l’action des rayons UV, le chlore contenu dans les CFC devient actif et réagit avec les molécules d’ozone. Il se produit alors une réaction en chaîne : un seul atome de chlore libéré peut entraîner la destruction de 100 000 molécules d’ozone. Le trou dans la couche d’ozone, découvert au début des années 80 au-dessus de l'Antarctique (la première alerte avait été lancée en 1979), est une conséquence de l’augmentation des CFC, largement employés – car non polluants au niveau du sol – dans les systèmes de refroidissement (réfrigérateurs par exemple) et le conditionnement de certains produits (gaz propulseurs dans les bombes aérosol). Ce n’est donc pas une conséquence du réchauffement climatique.

Le trou dans la couche d’ozone peut provoquer des dommages sanitaires directs : si l'épaisseur de la couche d'ozone diminuait de 1% seulement, il y aurait une augmentation de 4% des cas de cancers de la peau. Ce phénomène a un impact également sur les écosystèmes, notamment en inhibant plus ou moins fortement la photosynthèse. La découverte de la destruction de la couche d’ozone en plusieurs endroits de la Terre a conduit à l'interdiction mondiale et effective des CFC depuis 1996 dans les pays industrialisés. Cette interdiction sera étendue en 2010 aux pays en développement. Selon les experts, la couche d'ozone retrouvera son intégrité autour de 2050 pour les latitudes moyennes et l'Arctique, et entre 2060 et 2075 au-dessus de l'Antarctique.

Pollution aux pôles

La « brume arctique » est un phénomène périodique qui peut être observé chaque hiver et chaque printemps au-dessus de l’Arctique. De couleur orange-brun foncé, cette brume renferme de fines particules, solides ou liquides, appelées aérosols. D’origine naturelle ou issus de l’activité humaine, ces aérosols proviennent en grande partie du transport sur une longue distance de polluants d’origine humaine en provenance des pays industrialisés. Du fait de la circulation atmosphérique générale, ils se concentrent en Arctique. En Antarctique, par le jeu des vents et des précipitations, la glace contient aussi des traces de pollution survenues à des milliers de kilomètres : gaz à effet de serre, métaux lourds, poussières d'éruptions volcaniques, particules radioactives émises lors des essais nucléaires.

La mission Polarcat

L’impact de la pollution sur la composition de l’atmosphère et sur l’évolution du climat en Arctique est étudié par la mission internationale Polarcat dont l’objectif est entre autres de préciser le rôle des aérosols sur les nuages arctiques. Actuellement, ce rôle est considéré comme une des plus grosses incertitudes pesant sur les modèles numériques de prévision du climat. Pour analyser la brume arctique durant la campagne de mesures du printemps 2008, les Français ont utilisé l’avion ATR-42 de Météo France, avec à son bord un radar et un lidar pour la détection des particules, un néphélomètre polaire qui détermine la répartition de la lumière autour des particules nuageuses, trois imageurs détaillant les particules à différentes résolutions et un instrument permettant de prélever des cristaux de glace et des gouttelettes d’eau pour analyser ensuite les propriétés physico-chimiques des aérosols ayant permis la formation des particules nuageuses.

La paléoclimatologie

Qu'est-ce que la paléoclimatologie ?

La paléoclimatologie est la science qui étudie le climat du passé, sur des milliers ou millions d'années. Ce domaine scientifique tente de reconstituer les conditions climatiques qui régnaient à la surface de notre planète dans le passé, avant que les activités humaines ne perturbent la composition chimique de l’atmosphère, et d’expliquer et comprendre la variabilité climatique naturelle. Depuis les années soixante, la paléoclimatologie a connu une véritable révolution, notamment par l’introduction des méthodes géochimiques pour reconstituer quantitativement certains paramètres physiques des paléoclimats. Cela est vrai en particulier pour l’étude des variations du rapport 18O/16O dans les carbonates et les glaces polaires.

Cette science relève de la géologie et de la géochimie, mais fait également appel à des disciplines aussi variées que la zoologie, la botanique, la biogéographie, la pédologie, l’analyse statistique et la météorologie dynamique. Les paléoclimatologues explorent ce qui, dans l'environnement, garde en mémoire des indices climatiques : les récifs coralliens, les calottes glaciaires, les sédiments marins ou les spéléothèmes (dans une grotte, les spéléothèmes sont des dépôts minéraux précipités).

Actuellement, le climat mondial global se situe dans une période interglaciaire, c’est-à-dire caractérisée par des calottes de glace peu développées, par opposition aux périodes glaciaires.

La paléoclimatologie aux pôles

Les glaces des pôles jouent un rôle important dans la dynamique du climat mondial en interagissant avec l’atmosphère et les océans. Acteurs du climat, elles sont aussi témoins de son évolution. Le changement climatique est devenu une préoccupation scientifique et politique majeure, mais peu nombreux sont ceux qui mesurent à quel point la recherche menée aux pôles a contribué et va contribuer dans les prochaines années à le comprendre, le prévoir et peut-être le prévenir. Trois grands domaines sont concernés : les forages (dans la glace et les sédiments), l'océanographie et la dynamique des grandes zones englacées.

Les forages dans la glace

C'est dans les années 1950 qu'apparaît la science de l'analyse des glaces. Le scientifique français Claude Lorius raconte qu'il a eu l'intuition d'analyser les bulles d'air contenues dans la glace en regardant fondre dans un verre de whisky un glaçon prélevé dans de la glace de forage !

Le premier forage profond (900 m) en Antarctique a été effectué par les Français sur Dôme C en 1978, les premiers travaux de glaciologie y avaient débuté en 1974. Les grands inlandsis de glace du Groenland et de l'Antarctique ont la propriété extraordinaire de constituer des archives climatiques.

Dans les régions polaires, la neige qui tombe s'accumule, ne fond pas, et se transforme progressivement en glace en raison de la température en permanence négative et du poids croissant qui s’exerce sur elle suite à cette accumulation. Elle devient de plus en plus dense. Lors de ce processus, elle emprisonne définitivement de l’air (sous forme de bulles) et des poussières. Ainsi, sous forme de couches successives, se trouvent scellées des informations précieuses sur le climat. Aujourd'hui, grâce à la technologie, on peut forer cette glace et en retirer les fameuses carottes qui seront découpées. L’âge de chacun des morceaux de carottes sera ensuite déterminé.

Étude de la température

Les carottes de glace permettent de reconstituer la température, par l'utilisation du thermomètre isotopique, c'est-à-dire des différents atomes présents dans la glace et notamment les variations entre les isotopes 16 (8 neutrons) et 18 (10 neutrons) de l'oxygène. On dit que deux atomes sont des isotopes lorsqu’ils ont le même nombre de protons, mais un nombre de neutrons différent. Le principe est que plus il fait froid, plus la teneur de l'eau (et donc de la glace) en isotopes « lourds » (comme l'oxygène 18 ou le deutérium) est faible.

Étude de la composition de l'atmosphère

Les carottes de glace permettent de reconstituer la composition de l'atmosphère, et tout particulièrement la présence de gaz à effet de serre (méthane et gaz carbonique), par l'analyse des bulles d'air emprisonnées depuis des centaines de milliers d'années. À l'écart du reste du monde, vierges de toute activité industrielle, les pôles sont paradoxalement des lieux idéaux pour mesurer l'état de pollution – actuelle et passée – de la Terre.

Les gaz à effet de serre sont brassés autour de la planète en à peu près un an. Cela veut dire que peu importe où l'on habite sur Terre, dans 10 ans, dans 20 ans, si les gaz à effet de serre continuent à augmenter, la température va se réchauffer et les conséquences seront visibles partout.

Étude de la circulation atmosphérique

Les carottes de glace permettent de reconstituer la circulation atmosphérique, par l'analyse des poussières et des composés chimiques présents dans les glaces. Par le jeu des vents et des précipitations, la glace contient aussi des traces de pollution survenues à des milliers de kilomètres : gaz à effet de serre, métaux lourds, poussières d'éruptions volcaniques, particules radioactives émises lors des essais nucléaires.

Étude des variations intersaisonnières

Les carottes de glace permettent de reconstituer les variations intersaisonnières, par l'analyse de la salinité. En Antarctique, la salinité de la glace est divisée par 10 entre l'été et l'hiver, car la banquise double alors la surface totale de l'Antarctique et éloigne considérablement la calotte de la mer. La salinité permet une datation sur une centaine d'années.

La glace est stratifiée entre couches d'hiver et couches d'été. L'été, les couches sont moins denses car les grains sont plus gros, en raison d'une température moins basse. La couche d'hiver est plus dense et parfois formée en croûte, en raison du vent. On peut donc repérer l’alternance saisonnière des couches et faire un comptage annuel grâce à plusieurs caractéristiques de la glace.

Calotte glaciaire et histoire climatique

En forant à grande profondeur la calotte glaciaire et en étudiant ainsi des glaces de plus en plus anciennes, il devient possible de reconstituer les climats du passé. La datation de la glace se fait principalement par comptage des couches et identification d'événements bien datés par ailleurs (comme les éruptions volcaniques ou les essais nucléaires). Ces techniques ne couvrent cependant qu’une partie de la carotte de glace ; aussi, les modélisations d’écoulement de la glace restent-elles le principal outil utilisé pour établir la chronologie sur le reste de la carotte.

L’accumulation des glaces aux pôles devient donc un marqueur temporel et les impuretés que la glace contient permettent d’écrire l’histoire climatique de notre planète. Ce travail, dit de paléoclimatologie, ne s'arrête pas là : les données sont utilisées pour tester les modèles numériques, seuls outils disponibles pour prévoir le climat futur.

Les carottages dans les sédiments

Les carottes de sédiments permettent l’étude de la composition des différentes couches de sédiments accumulées au fil du temps au fond des océans. Les carottes de sédiments marins peuvent être datées par carbone 14 pour les 20 à 30 derniers mille ans et par diverses autres méthodes pour les périodes plus anciennes. On peut y trouver des micro-organismes fossiles composés de carbonate de calcium, un minéral qui contient les isotopes 16O et 18O de l’oxygène et 13C et 12C du carbone. En étudiant le « rapport d'abondance » entre ces deux isotopes, les scientifiques peuvent reconstituer les climats du passé. Ces carottes permettent de remonter plusieurs millions d'années. Elles fournissent le « signal océanique », c'est-à-dire la manière dont les océans ont évolué au cours des différentes périodes climatiques (température, salinité, nutriments, …). Grâce à elles, on peut connaître l'évolution des grands courants marins et reconstituer le lien qui unit les deux pôles et donc le fonctionnement de la machine climatique globale au nord et au sud.

Le Marion Dufresne

Le Marion Dufresne, mis en service en 1995, est un navire scientifique multidisciplinaire couvrant aussi bien les géosciences marines que l'océanographie biologique, physique et chimique. Ce bateau est doté d'un carottier géant appelé Calypso.

Le Marion Dufresne est le seul navire au monde à prélever au fond de l'océan des carottes de sédiments pouvant atteindre soixante mètres de long. Ces sédiments contiennent des coquillages et des micro-organismes marins – les foraminifères – qui témoignent de la température et de la salinité qui régnaient à leur époque. Les carottes, coupées en morceaux d'un mètre et demi, sont ensuite stockées dans des conteneurs réfrigérés.

En direct des pôles

Forages à Dôme C

Les forages glaciaires profonds en Arctique (GRIP) ou en Antarctique (VOSTOK, EPICA) montrent une corrélation étroite entre changements climatiques et gaz à effet de serre dont la teneur n'a jamais été aussi élevée depuis 650 000 ans.

Les Européens, et plus particulièrement les Français et les Italiens, sont parvenus à extraire les glaces les plus anciennes du monde au Dôme C (Concordia, Antarctique), dans le cadre du programme EPICA (European Project for Ice Coring in Antartica). Ce programme, commencé au milieu des années 90, s’est poursuivi jusqu’en décembre 2004. Il a permis de forer jusqu’à 3260 mètres de profondeur, c’est-à-dire quelques mètres au-dessus du socle rocheux. Ce sont les archives de 850 000 ans de climat qui ont ainsi été extraites de la glace. Durant ces 850 000 dernières années, la Terre a connu huit cycles climatiques, alternances de périodes glaciaires et de périodes chaudes dites interglaciaires. La période chaude la plus longue a eu lieu il y a 430 000 ans et a duré environ 28 000 ans. C’est une période interglaciaire analogue – en termes de conditions atmosphériques, orbite et axe de la Terre – à celle que nous vivons actuellement.

Durant l'Année polaire internationale, des études de prospection vont être menées pour trouver un site permettant de remonter encore plus loin dans le passé climatique, au-delà d'un million d'années. À cet égard, la région du Dôme A (située à plus de 4000 m d'altitude) sur le continent Antarctique pourrait être intéressante, selon les premiers repérages effectués par des scientifiques chinois.

Collecte de matières extraterrestres

Les carottes de glace peuvent parfois livrer des informations étonnantes. Ainsi, une carotte prélevée au Groenland a permis de découvrir qu'environ 15 000 tonnes de matières extraterrestres étaient piégées dans la glace chaque année, sous la forme de particules de très petite taille. Réalisée dans le cadre du programme européen GRIP (Groenland Ice Core Project), l'analyse de la carotte de glace a consisté à mesurer par spectrométrie de masse l'iridium et le platine, deux métaux beaucoup plus abondants dans la composition des météorites que sur Terre. Ces particules, de l'ordre du milliardième de mètre, sont produites lors du freinage des météorites dans la haute atmosphère, à environ 70 km d'altitude. En Antarctique, à Dôme C, des prélèvements de neige ont également révélé la présence de micrométéorites.

Découverte du lac Vostok

Le lac Vostok, le plus grand d’Antarctique, d’une superficie à peu près équivalente à celle de la Corse, a été découvert un peu par hasard, après un forage glaciaire important entrepris par les Russes en 1996. Ils ne se doutaient pas qu’à la base de l’épaisse couche de glace se trouvait de l’eau libre. Or ce lac est resté isolé du reste du monde, protégé par cette couche de glace, depuis plus de 400 000 ans.

Depuis, des études géophysiques et des données satellitaires ont révélé, sous l'inlandsis antarctique, l'existence de plus de 145 lacs pour lesquels se pose la question de l'existence, ou pas, de formes de vie primitives.


Pôles et machine climatique

Circulation générale et climat

Circulations atmosphérique et océanique

« Les grands mouvements de l'atmosphère, dont dépend toute la météorologie, sont régis en grande partie par les phénomènes polaires. La Terre est comme une immense machine thermique avec une source chaude et une source froide », aurait expliqué le mathématicien, physicien et philosophe Henri Poincaré aux membres de l'une des expéditions de Charcot en Antarctique.

Les pôles sont la source froide, les zones tropicales sont la source chaude. La principale cause du « non réchauffement » des régions polaires vient du fait que les rayons solaires arrivent très inclinés dans ces régions, apportant ainsi peu de chaleur. Ce phénomène est renforcé par la couverture de neige et de glace qui renvoie à plus de 80% l’énergie reçue. Cependant, si l’énergie solaire reçue ainsi était la seule source de chaleur, ces régions seraient beaucoup plus froides qu’elles ne le sont. Les régions polaires reçoivent en provenance des régions tropicales, là où le Soleil délivre le plus de chaleur sur Terre, un important chauffage apporté par l’atmosphère et par les océans.

Ces deux sources (source chaude des Tropiques et source froide des régions polaires) régissent les circulations atmosphérique et océanique. C'est de cette manière très schématique que les pôles jouent un rôle fondamental dans l’équilibre du climat global.

Régions polaires et réchauffement

Les régions polaires sont les premières affectées par le réchauffement de la planète. Depuis que des relevés de température y sont effectués, c'est-à-dire depuis environ cinquante ans, la température a augmenté en moyenne de près de 2°C en Arctique contre 0,6°C à la surface de la planète. Les hautes latitudes se réchauffent ainsi trois fois plus vite que la moyenne mondiale et deux fois plus vite que les zones tempérées de l’hémisphère nord.

Coupé du reste du monde par un océan d'eaux glaciales, avec son énorme couverture de glace et ses températures extrêmes, le continent antarctique est moins affecté que le pôle Nord par le réchauffement global de la planète – même si les plus fortes hausses de température sont observées dans la péninsule antarctique.

Glace et albédo

La banquise, à cause de sa couleur blanche, renvoie la majeure partie du rayonnement solaire vers la haute atmosphère, maintenant ainsi des températures extrêmement froides. Or, lorsqu’elle fond, les rayons du soleil peuvent venir chauffer les océans qui emmagasinent alors de la chaleur (trois à quatre fois plus qu'une surface glacée ou enneigée), contribuant ainsi à accélérer le processus de fonte de la glace restante.

On estime que depuis le début des années 1980, près de deux millions de kilomètres carrés ont disparu de l’Arctique en été. Ce phénomène, dit d'albédo, est également vrai pour les calottes polaires (glaces d'eau douce) du Groenland et de l'Antarctique, mais comme celles-ci sont beaucoup plus épaisses que la banquise (plusieurs milliers de mètres, contre quelques mètres), leur fonte n'a pas les mêmes répercussions.

Rôle de l’océan

Tout comme l’atmosphère, l’océan joue un rôle important dans le climat. Les pôles ont un rôle essentiel dans la formation d'eaux froides profondes qui sont à l’origine de la naissance des grands courants marins circulant dans la profondeur de l’océan Mondial. La plongée des eaux profondes a lieu seulement en certains points très précis du globe situés principalement en Atlantique nord et dans l’océan Austral. La source la plus importante est située en Mer du Nord, entre le Groenland et l’Europe du nord.

La région de Terre Adélie joue un rôle important dans la formation d’eaux froides profondes. Les eaux côtières y forment une polynie (zone qui se maintient libre de glace ou couverte d'une couche de glace très mince) d’environ 20 000 km2, produisant 100 km3 de glace par an, soit la deuxième en importance dans l'Antarctique. Elle pourrait être à l'origine de 25% de la formation de l'eau de fond antarctique, en permettant la remontée de courants d’eau plus chaude, des échanges de chaleur et donc la formation d'eaux de fond.

Le Gulf Stream

La circulation océanique joue un rôle crucial dans le climat terrestre puisque les courants déplacent d'énormes masses d'eau chaude ou froide, échangeant leur température avec l'atmosphère. Ainsi le courant marin du Gulf Stream apporte la chaleur des zones tropicales vers l'Europe.

Dans l'Atlantique nord, la branche nord du Gulf Stream arrive dans la Mer de Norvège et du Labrador où de la glace de mer (ou banquise) se forme. En se formant, cette glace rejette le sel dans l’eau de mer avoisinante qui devient plus salée. La salinité des eaux devenant plus élevée, l'eau froide, plus dense, plonge dans les profondeurs de l'océan Atlantique le long des côtes américaines Nord et Sud et traverse l'Atlantique Sud pour pénétrer dans l'Océan Indien. Une partie des eaux remonte alors à l'ouest de l'Australie et l’autre partie dans le Pacifique Sud. Dans le Pacifique Nord, les eaux refont surface en traversant les zones tropicales où elles se réchauffent.

Comment étudier l’océan ?

Observer l’océan

Les océans jouent un rôle primordial dans l'équilibre climatique.Ils accumulent puis transportent vers les latitudes plus élevées l'énergie thermique reçue du Soleil dans la zone intertropicale.

Des moyens considérables sont déployés pour observer, mesurer, modéliser et mieux comprendre les interactions océan - atmosphère. Il s'agit notamment de mettre en place un réseau d'observations et de mesures permanentes et pérennes. Les données obtenues permettent d'avoir un instantané de la situation des masses d'eau et des courants. Les systèmes de mesure viennent en support des programmes de recherche sur la compréhension de la circulation océanique et en complément des données acquises par les satellites.

Outils d’observation

Plusieurs outils sont utilisés pour mesurer la température, la pression et la salinité de la mer sur sa profondeur. Le profileur est une sonde dérivante capable d'effectuer des cycles préprogrammés de descente jusqu'à 2000 m de profondeur. Il mesure les paramètres en immersion pour établir un profil d'océan (température, pression et salinité). Les données sont transmises grâce à une balise Argos.

Les bouées fixes comprennent des capteurs météorologiques et hydrologiques pour mesurer la température de l'eau en surface et à dix niveaux de profondeur jusqu'à 500 m. Les mesures sont envoyées instantanément, par satellite, aux centres de traitement. L'accumulation des données obtenues permet la mise en évidence de phénomènes de périodicité, et également l’établissement du bilan thermique des couches océaniques superficielles.

Les sondes, par exemple les sondes CTD et XBT. Les sondes CTD mesurent la conductivité, la température et la profondeur. Les sondes XBT (bathythermographes à sonde perdue) sont reliées au bateau par un fil conducteur très fin qui transmet à un micro-ordinateur, de façon continue, le signal émis par le capteur de température. Ces sondes fournissent un profil de température sur les premiers mètres (certaines sondes vont jusqu'à 1500 m).

Mesurer la surface des océans

Certains satellites, dits altimétriques, mesurent la hauteur de la surface de la mer. En effet, la topographie de cette surface traduit la structure thermique de l'océan et les mouvements des masses d'eaux. Ces données sont incorporées et traitées par les modèles océanographiques. On en déduit une approximation des courants sous-marins.

Par exemple, pendant treize ans, entre 1992 et 2005, le satellite franco-américain Topex-Poséidon a mesuré la hauteur du niveau de la mer, à quelques centimètres près, en 500 000 points du globe, tous les dix jours. Ce satellite a été très utile pour la détection et la compréhension du phénomène El Niño. Ce phénomène naturel de réchauffement des eaux du Pacifique se produit plus ou moins régulièrement et génère une succession d'anomalies climatiques (inondations ou sécheresses) dans les régions tropicales. Lancé en décembre 2001, Jason-1 est le successeur de Topex-Poséidon. Il peut fournir en moins de trois heures des estimations sur la hauteur des vagues, la vitesse des vents, étudier les océans et leur influence sur les changements climatiques, mesurer de manière globale le niveau de la mer et ses variations, permettre la continuité du système d'altimétrie spatiale. Jason-2, son successeur, a été lancé avec succès le 20 juin 2008.

Pour prédire l'évolution du climat, des modèles sont développés. La tendance actuelle vise à combiner une modélisation réaliste de l'océan avec des observations régulières et des mesures in situ.

Rôle de l’océan Austral dans le climat mondial

Un acteur essentiel du climat

L'océan Austral joue un rôle particulier dans le climat mondial, car son propre courant, le courant circumpolaire antarctique, le plus puissant de la planète, est une véritable courroie de transmission. Ce courant brasse les eaux de trois océans : Atlantique, Indien et Pacifique. Il absorbe les courants chauds et redistribue les eaux froides. Long de 24 000 kilomètres et large de 1 000 kilomètres, l'océan Austral encercle le continent Antarctique et occupe environ 20% de la surface totale de l’océan mondial.

La circulation thermohaline

L’importance de l’océan Austral, son rôle dans la circulation océanique globale et donc dans la régulation du climat sont maintenant bien démontrés. L’océan possède une immense inertie thermique, c’est-à-dire la capacité à accumuler puis à distribuer la chaleur sur le globe tout entier, en partie grâce à ce que les scientifiques appellent la circulation thermohaline qui brasse l'ensemble des bassins océaniques. Les différences de températures et donc de densités -l'eau froide est plus dense que l'eau chaude- et/ou de salinités -l'eau salée est plus dense que l'eau douce- entre les différentes couches de l'océan, entrent en jeu dans leurs mouvements.

Lorsque l’eau de mer arrive dans les zones polaires, l'eau douce qu'elle contient gèle et s'agglomère en cristaux de glace (ce qui conduit à la formation de la banquise), rejette son sel, et augmente ainsi la salinité de l’eau restée liquide. Devenue froide et salée, cette eau restante devient plus dense que l’eau qui l’entoure et plonge dans les profondeurs des océans, sous les eaux de surface, induisant des courants marins. Cette eau ressort à d’autres latitudes et dans des régions qui peuvent être très éloignées, parfois aux antipodes. Ce processus génère des flux de chaleur et d’éléments chimiques, des transferts d’eau douce, des échanges de masses d’eau. Toute anomalie de débit ou de température pourrait affecter la circulation océanique à cet endroit. Avec la fonte des glaces par exemple, la salinité de l’eau de mer risque de diminuer dans les régions fraîches, ralentissant alors la plongée des eaux froides. Les inlandsis groenlandais et antarctique représentent 80% des ressources mondiales en eau douce. En gelant et en dégelant, les océans polaires contribuent aux grands courants océaniques qui contrôlent l'ensemble du climat mondial ; ils contribuent aussi au cycle du carbone dans les océans et donc à la chaîne alimentaire.

L’océan Austral, « un puits de CO2 »

Depuis le début de l’ère industrielle, la concentration de gaz carbonique dans l’atmosphère a fortement augmenté. Une des préoccupations actuelles des océanographes est de comprendre le devenir de ce gaz dans le milieu marin. Dans l’eau de mer, le gaz carbonique se dissout et ce d’autant plus que l’eau est froide. Le carbone est ensuite soit entraîné par les courants marins, soit assimilé par le « vivant ». Les algues (phytoplancton) le fixent, puis ces algues sont broutées par des animaux (zooplancton). Cette chaîne de vie produit des déchets : excrétions, cadavres… Une grande partie de ces déchets sera à nouveau dissoute, libérant carbone et sels minéraux. Le suivi du carbone dans l’océan requiert donc la mesure des propriétés de l’eau et également de la vie qui s’y développe. Certaines de ces mesures se font de façon répétitive, afin d’observer la réponse de l’océan au changement climatique. En plus des échanges mécaniques liés à la formation des eaux de fond, les eaux froides de l'océan Austral jouent un rôle très important dans le cycle du carbone car, à travers le phytoplancton et l'ensemble de la chaîne trophique, un volume significatif de carbone est progressivement stocké dans la masse de l’océan mondial. Les scientifiques parlent de « puits de CO 2 » qui participent à la régulation de la teneur en gaz à effet de serre de l'atmosphère terrestre, en emprisonnant le CO 2 pour des siècles au fond des océans. Chaque année, l’océan mondial échange naturellement avec l’atmosphère 90 milliards de tonnes de carbone. En plus du cycle naturel, il engloutit chaque année environ la moitié du CO2 émis dans l’atmosphère par les activités humaines, soit deux milliards de tonnes de carbone supplémentaires. Des études récentes semblent montrer que le puits de carbone dans l'océan Austral a cessé d'augmenter. L’explication serait que l'accroissement du trou d'ozone au-dessus de l'Antarctique et le réchauffement climatique ont pour effet de limiter la quantité de CO 2 supplémentaire que l'océan Austral est capable d'absorber, avec comme conséquence une accentuation du réchauffement climatique.

En direct des missions australes

Drake

Début 2006, à bord du brise-glace allemand Polarstern, une équipe du CNRS a installé des stations de mesure à 4 000 mètres de profondeur dans le détroit de Drake, entre la Terre de Feu et la péninsule Antarctique, dans le cadre de la mission Drake prévue jusque fin 2008. Des capteurs de salinité, de température, de pression et de mesure du courant ont été mis en place par les chercheurs.

L’objectif est de suivre les variations de la circulation océanique et d’évaluer leur impact sur le niveau de la mer. Les données sont ensuite confrontées à celles du satellite Jason qui enregistre en permanence le niveau des mers afin de mieux comprendre la relation entre paramètres physiques de l'océan et profondeur de l'eau à cet endroit du globe.

Bonus Goodhope

Dans le cadre de l’année polaire internationale, des campagnes océanographiques ont sillonné l’océan Austral. La mission Bonus Goodhope par exemple est dédiée aux échanges entre les océans Atlantique, Indien et Austral. Début février 2008, le navire océanographique de l’Institut polaire français Paul-Emile Victor (IPEV), le Marion Dufresne, est parti du Cap de Bonne-Espérance pour mesurer, pour la première fois, des paramètres biogéochimiques et physiques au sud du continent africain. Outre les mesures classiques de température, salinité, pression et fluorescence, les scientifiques vont quantifier la teneur en oxygène. Ce paramètre indique si ces eaux ont été en contact récent avec l’atmosphère. Les chercheurs pourront mesurer également la vitesse de toute la colonne d'eau pour comprendre l'intensité des courants, leur état de santé en quelque sorte. Cette mission a pour but de mieux comprendre l’état des océans Austral et Atlantique au sud du continent africain. C’est un point stratégique du climat mondial qui n’a été que très peu examiné. Or, des recherches récentes l’identifient comme « sensible » pour le climat actuel et le transport de chaleur vers l’Atlantique Nord. Un ralentissement de la circulation océanique pourrait refroidir le climat à cet endroit du globe. De leur côté, les géochimistes et les biogéochimistes de la mission mesurent les éléments traces et les isotopes, mais aussi les micronutriments (fer, cobalt, zinc, cuivre, manganèse, carbone) et les particules en suspension (métaux lourds par exemple). Ces mesures pourraient aider les chercheurs à mieux comprendre l'une des particularités de l'océan Austral : les microorganismes qui prolifèrent en fixant le carbone de l'atmosphère et viennent ensuite s'entasser au fond de l'océan après leur mort ne sont pas très actifs dans l'océan Austral.


Quel futur pour les pôles ?

Conséquences du réchauffement sur les pôles

Quels changements pour les pôles ?

Les régions polaires sont au cœur du changement climatique qui touche l’ensemble de la planète, car c’est là où l’impact y est le plus fort. En effet, l'amplification polaire du changement climatique, qui conduit les hautes latitudes à se réchauffer près de deux fois plus vite que les régions tempérées, entraîne la diminution progressive de certaines zones englacées : dans l’hémisphère nord, l'inlandsis groenlandais et la banquise arctique estivale ; dans l’hémisphère sud, certaines zones de la calotte glaciaire antarctique. Dans le cas de la banquise arctique, la diminution en été est actuellement si rapide qu’on se pose avec pertinence la question de savoir si celle-ci disparaîtra complètement dans la prochaine décennie. Ce réchauffement touche également en permanence les sols gelés. En effet, un autre aspect inquiétant, et certainement moins connu, de ce réchauffement, sont les modifications très nettes constatées, en Arctique, sur les sols gelés. Ces sols, gelés sur plusieurs centaines de mètres, et qui dégèlent habituellement à la saison “chaude” sur un mètre de profondeur environ, présentent depuis quelques années des effondrements très nets, signes de dégel plus profond. Cette évolution qui entraîne la déstabilisation des sols a des conséquences économiques importantes : effondrements des constructions, difficulté de transport, les routes ou pistes devenant impraticables sur des périodes plus longues en sont quelques exemples.

Pour l’avenir, en ce qui concerne le réchauffement futur, l’ensemble des prévisions, établies à l’aide de modèles, annoncent que le réchauffement envisagé au cours du 21e siècle dans l'Arctique sera deux à trois fois plus fort que dans le reste du monde.

La banquise arctique va-t-elle disparaître en été ?

Dans l’Arctique, le réchauffement climatique récent, et son impact sur l’environnement, ont été observés avec une amplitude sans précédent depuis le début du 20e siècle. Au Canada, le réchauffement observé a été beaucoup plus important durant la période hivernale (+2,3°C) qu’estivale (+0,9°C) au cours des 60 dernières années. Malgré tout, et ceci est lié à la température seuil de fusion de la glace, c’est en été qu’on observe les plus grands changements.

Des prévisions récentes annoncent ainsi une possible disparition de la banquise arctique d’été d’ici à 2040. La réduction drastique de la banquise en 2007 laisse même envisager une date beaucoup plus proche. Certains modèles prévisionnels parlent ainsi d’une disparition dans les dix à quinze ans à venir. Des projets scientifiques comme le projet européen Damoclès sont là pour, entre autres, permettre de corriger les modèles et améliorer la fiabilité de ces prévisions. Une conjonction de facteurs pousse à s’inquiéter pour le devenir de la banquise arctique : la diminution de la surface et de l’épaisseur de la banquise, ainsi que celle de l’âge de la glace.

Diminution de la surface de la banquise

La banquise hiver a diminué de façon régulière, de 16 millions de kilomètres carrés dans les années 50 à 14 millions en 2006. La banquise d’été, elle, a diminué régulièrement, de 11 à 8 millions sur la même période.

En 2007, coup de tonnerre, la banquise d’été (surface moyennée sur 3 mois) perd 2 millions de kilomètres carrés par rapport à 2006. Le record de la plus petite surface de glace de mer arctique jamais enregistrée a encore été battu en septembre 2007, avec une étendue de près de 50 % inférieure à celle des années 1950-1960 : 4,13 millions de kilomètres carrés.

Le record de cette année 2007 a brisé le précédent enregistrement de 5,32 millions de kilomètres carrés du 21 septembre 2005. Avec cet enregistrement, l’étendue de la banquise de septembre décline maintenant à un taux de plus de 10 % par décennie depuis le début des années 1980.

Diminution de l'épaisseur de la banquise

L’épaisseur de la banquise est en moyenne comprise entre 2,5 et 3 mètres. Des sondages récents, effectués aussi bien par les sous-marins militaires américains que par des navires scientifiques, tendent à montrer une très forte diminution de l'épaisseur de la banquise, de l'ordre de 40 % au cours des trente dernières années.

Diminution de l'âge de la glace

En Arctique, une partie de la banquise est pérenne d'une année sur l'autre. Permanente en apparence, elle n'est pourtant pas immobile et l'on ne trouve guère dans ces régions de glace de mer ayant plus de 10 ans. La superficie de cette glace pluriannuelle diminuerait, elle aussi, d’environ 10 % par décennie. Les simulations issues des observations par satellite montrent un rajeunissement constant au sein même de la glace pérenne, celle-ci devenant de plus en plus jeune.

Le Groenland va-t-il fondre en totalité ?

La géométrie et le volume de la glace des calottes sont régis par l'équilibre entre les quantités de neige tombées et les quantités évacuées. Le Groenland regroupe 10 % des glaces mondiales et donc des réserves d’eau douce de la planète. Les observations conduisent à estimer que la calotte groenlandaise est aujourd'hui en déséquilibre. Elle perdrait de sa masse, en raison de la fonte et d'une accélération de l'écoulement des glaciers. Son profil général serait d'ailleurs en train de changer pour devenir plus pentu.

Des études récentes sur le Groenland auraient montré un amoindrissement significatif de la calotte, entre 1992 et 2002, diminution qui paraît encore s'accélérer. Les résultats fournis par l’altimétrie révèlent que le Groenland aurait perdu environ 50 milliards de tonnes par an. La mesure des flux, flux entrant (accumulation de la neige) et flux sortant (ablation et rejets vers l’océan), fournit une estimation plus importante de cette perte de masse, qui atteindrait environ 100 milliards de tonnes par an. La température moyenne d’été à la surface de la calotte de glace a augmenté de 2,4°C entre 1979 et 2005. La surface maximale du Groenland fondant au moins un jour par an a augmenté de 42 % durant la même période, ce qui représente une surface supplémentaire de fonte en 2005 équivalente à un tiers de la surface de la France. On estime que, au-delà de 20 % de perte, ce mouvement serait irréversible. Le point de non-retour serait atteint avec un réchauffement global de 3°C, réchauffement probable au cours ou à la fin du 21e siècle.

Quel est le diagnostic sur l'Antarctique ?

La calotte glaciaire, qui s’est formée grâce à l’accumulation et au compactage de la neige pendant des milliers d’années, s'écoule sous l'effet de la gravité vers les plaines côtières. Parvenue à la côte, cette calotte continue de s'étendre en flottant sur la mer et forme ces rebords massifs de plusieurs centaines de mètres d’épaisseur que l'on nomme “barrières”. La dynamique naturelle de la calotte antarctique entraîne régulièrement le détachement de ces immenses plaques d’icebergs tabulaires. Ce mécanisme semble s’étendre à de nouvelles régions et ont donné lieu à des dislocations spectaculaires de cette barrière. Ce phénomène inhabituel est attribué au réchauffement climatique récent qui touche sans conteste certaines zones de la calotte.

Tandis qu'une augmentation de température est observée à l’ouest du continent antarctique sur les trente dernières années, le reste du territoire présente une évolution beaucoup moins marquée. En raison de l'isolement et de l'inertie thermique du continent, couvert presque entièrement par une calotte de plusieurs milliers de mètres d’épaisseur, le réchauffement ne peut pas avoir un impact rapide sur l'Antarctique. L'évolution du climat en Antarctique est donc moins marquée qu’en Arctique.

Dislocation de la barrière antarctique

Dans la Péninsule Antarctique, la région la plus au nord du continent, on a assisté à la dislocation de la barrière de Larsen-B, en mars 2002. Cela a entraîné, les années suivantes, une accélération des icebergs vers la mer car le “bouchon de glace” qui retient habituellement l’évacuation de la calotte avait été modifié.

La barrière de Wilkins est une vaste plaque de glace flottante bordant la Péninsule Antarctique au sud de l'Amérique du Sud. En février-mars 2008 une surface d'environ 400 km2 de glace s'est désintégrée en moins de 24 heures. Le reste de la barrière, qui représente une surface d'environ 14 500 km2 n'est donc plus retenu que par une bande de glace de 6 kilomètres.

Les barrières de glace de la Péninsule Antarctique sont prises en “sandwich” entre un air dont la température augmente rapidement et un océan qui se réchauffe, ce qui en fait des indicateurs majeurs du changement climatique actuel. Ces deux événements, dislocation de la barrière de Larsen-B et de celle de Wilkins, ont été suivis par le satellite européen Envisat.

Des phénomènes communs au Nord et au Sud

Aux deux extrémités de la planète on peut observer une perte de masse des calottes polaires sur leurs parties côtières, perte qui n’est que partiellement compensée par un gain de masse sur les parties centrales situées à haute altitude. Dans le contexte d’un réchauffement climatique des anticipations peuvent être faites en se basant sur ces constatations. Les masses d’air chaud contiennent plus d’eau que les masses d’air froid et sont donc susceptibles d’apporter plus de précipitations, ce qui explique le gain de masse constaté dans les parties centrales. Sur le pourtour, partie la plus chaude, le phénomène dominant serait l’augmentation de l’ablation de surface. L’amincissement des régions côtières ne relève pas entièrement de cette augmentation de l’ablation, mais également d’une accélération de l’écoulement. Ainsi, la plupart des grands glaciers du Groenland au sud de 66 degrés de latitude Nord s’écoulaient plus rapidement en 2000 qu’en 1996. Cette accélération s’est intensifiée et étendue à 70 degrés Nord en 2005.

Un des problèmes déterminants, qui rend critique la caractérisation et le suivi de ces changements climatiques en régions polaires, réside dans le manque de stations de mesures au sol (mesures de température, hauteur et densité de la neige…). L’observation spatiale apparaît comme une alternative nécessaire pour mieux analyser ces changements, en offrant une couverture régulière, systématique et relativement homogène de l’ensemble des zones polaires. Bien que des archives satellitaires existent maintenant depuis plus de 25 ans, la quantification de ces observations pour le développement d’indicateurs fiables et précis des changements de surface observés reste un problème scientifique majeur.

Conséquences de la fonte des glaces

Augmentation du niveau des océans

Au cours des deux derniers millions d’années, le niveau de la mer a varié de façon périodique au gré des alternances de périodes glaciaires et interglaciaires. Il a ainsi monté de près de 130 mètres depuis la fin de la dernière glaciation, par suite de la fusion des grandes calottes de glace qui s’étendaient en hémisphère nord. Stabilisé depuis les derniers millions d’années ce niveau moyen n’a pas varié de plus de 0,1 à 0,2 mm par an par suite de la stabilité du climat.

Au cours du 20e siècle une nette augmentation de ce niveau est clairement détectée. En particulier, l’entrée de la surveillance par satellites depuis 1993 indique une augmentation de 3 cm de 93 à 2003. Cette montée du niveau moyen est attribuée au réchauffement qui touche la planète à travers deux processus principaux : la dilatation de l'eau de mer, suite au réchauffement des eaux océaniques, et la fonte des glaces terrestres. On estime actuellement que la hausse du niveau des océans, d’environ six centimètres depuis 20 ans, est liée pour 1/3 à la dilatation des océans, dilatation liée elle-même au réchauffement climatique, et pour 2/3 à la fonte des glaciers de montagne et des calottes polaires.

Fonte des glaces terrestres

La banquise, qui est de l’eau de mer gelée, flotte sur la mer. En vertu du principe d’Archimède, cette glace déplace donc un volume d’eau de mer d’un poids égal au poids de la glace. Si elle fondait, l'eau de fonte ainsi produite occuperait le volume exact d’eau de mer que la glace occupait, sans donc modifier le niveau de la mer. C’est l’histoire du glaçon qui fond dans un verre de whisky : une fois fondu le niveau du liquide dans le verre n’a pas bougé. La fusion de la banquise n’intervient donc pas dans la montée du niveau marin.

Contrairement à la fonte de la banquise, la fonte des glaces d'eau douce, c’est-à-dire des calottes glaciaires et des glaciers, contribue à la montée du niveau de la mer. Sur le continent antarctique, ce sont 30 millions de km3 de glace qui sont stockés, soit 2 % de l'eau terrestre, mais 75 % de l'eau douce et 90 % des glaces. La fonte totale de l'Antarctique équivaudrait à une hausse du niveau de la mer de l’ordre de 60 mètres auxquels il faudrait ajouter la fonte du Groenland, de l’ordre de 7 mètres de plus, l'incertitude étant de plusieurs mètres.

Modification des courants océaniques

L’augmentation du CO2, produit essentiellement par l’utilisation humaine des énergies fossiles, entraîne des perturbations climatiques importantes qui se répercutent au niveau des océans, en particulier dans les hautes latitudes. En effet, l'effet de serre entraîne une augmentation de la température qui accroît le cycle de l’eau. Ceci se traduit à la fois par une évaporation plus forte dans les régions chaudes (équateur et tropiques) et des précipitations plus importantes aux hautes latitudes, diminuant dans ces régions la salinité des eaux océaniques. Le réchauffement entraîne également la fonte des glaces des calottes aux hautes latitudes. Ces deux phénomènes combinés conduisent à une augmentation des arrivées d’eau douce dans les eaux de surface océaniques. La salinité est un des facteurs qui détermine la plongée des eaux vers les profondeurs. Sa diminution pourrait donc conduire à un ralentissement du courant et plus généralement de la circulation thermohaline. L’évolution de cette salinité est cependant très complexe et reste un domaine d’études important.

En Atlantique nord, selon certaines simulations de modèles climatiques, les eaux de surface devenues moins salées et moins denses plongeraient alors moins facilement dans les abysses océaniques, entraînant sur l’Europe du Nord une diminution de l’apport de chaleur par la branche nord du Gulf Stream. Mais il n’y aurait en aucun cas arrêt du Gulf Stream ni arrêt de la circulation thermohaline. Cette diminution de chaleur, hypothétique, serait toutefois loin de compenser, sur cette même partie de l’Europe, le réchauffement initial lié à l’augmentation des gaz à effet de serre.

De nouvelles routes maritimes au pôle Nord

La fonte de la banquise arctique offre de nouvelles perspectives. Jusqu'à présent les eaux arctiques couvertes de glace n'intéressaient guère. Mais avec la fonte de la banquise, elles vont devenir accessibles… et donc devenir de nouveaux objets de convoitise. La fonte de la banquise va ainsi permettre l'ouverture de voies maritimes commerciales qui raccourciront les distances entre l'Europe et l'Asie ou entre la côte Est des États-Unis et l'Asie avec, pour corollaire, des économies de carburant et de salaires des équipages. Ce phénomène de réduction de la banquise arctique laisse entrevoir également la possibilité d'exploiter une nouvelle région du monde riche en ressources vivantes aquatiques ainsi qu’en ressources énergétiques et matières premières.

L'Arctique, futur fournisseur mondial de gaz et de pétrole ?

Les fonds sous-marins de l'Arctique renfermeraient de nombreux gisements pétrolifères et gaziers, ainsi que de nouvelles mines de plomb, de zinc, d’or et d’uranium. Actuellement ces ressources sont encore peu exploitées, ou restent à découvrir, du fait de conditions d'accès difficiles. Mais la fonte des glaces liée au réchauffement du climat ouvre de nouveaux horizons. Et plusieurs pays s'y préparent.

Le Canada prévoit par exemple plusieurs forages au Groenland à partir de 2008, la Norvège s’engage dans un projet d'exploitation du gaz dans la mer de Barents, et les États-Unis sont prêts à ouvrir à l'exploration leur domaine maritime en Alaska, pourtant réserve protégée depuis 1960. Deux facteurs stimulent actuellement la prospection dans ces zones éloignées et glaciales : la hausse vertigineuse du prix du pétrole et l'appauvrissement des réserves en hydrocarbures. Selon certaines estimations, l'Arctique détiendrait plus de 20 % des réserves de pétrole et de gaz naturel dans le monde.

Le développement du tourisme

En raison du réchauffement climatique et des progrès technologiques, les régions polaires sont de plus en plus accessibles ce qui va permettre le développement du tourisme “de masse”.

En Antarctique, si le traité de Washington et le protocole de Madrid préservent pour quarante ans encore le continent de toute exploitation minière, il ne peut s’opposer à une croissance du tourisme, marquée par l'utilisation de navires de plus de 3 000 passagers et par le développement d'infrastructures permanentes à terre. En 2005, la fréquentation touristique de l'Antarctique était estimée à 23 000 personnes contre 6 700 en 1992. Quelles seront les conséquences de ces intrusions sur la faune, la flore et le travail scientifique ?

Le tourisme arctique est plus ancien que son homologue antarctique. Actuellement le nombre annuel de visiteurs est estimé à environ 100 000. De plus, chaque pays ayant sa propre loi et ses propres règles, la dérive est plus facile et les contrôles plus difficiles à mettre en place. Là aussi les conséquences pour la biosphère et les populations humaines sont difficiles à estimer.

Conséquences pour la biodiversité

La faune arctique

En Arctique, il y a beaucoup d'espèces d'animaux emblématiques, dont les fameux ours polaires. L'ours blanc, pour se nourrir, capture le phoque au "trou", le long des failles de la banquise, il est donc très dépendant de la glace. La disparition de la glace arctique en été et son importante diminution au printemps, si elle se confirme dans le futur, va remettre en question, et menacer, tout un écosystème. Ainsi, l'ours blanc est-il certainement appelé à disparaître.

Le changement climatique en Arctique a déjà un impact sur les écosystèmes terrestres : certaines espèces emblématiques, comme le renard arctique ou la chouette harfang sont déjà en voie de disparition en Scandinavie. Le renard blanc doit faire face à un concurrent, le renard roux, remontant du sud et colonisant certaines régions de l'Arctique où le climat s'est adouci. Dans le même temps, le renard blanc voit sa nourriture principale, le lemming, se raréfier : ce petit rongeur semble particulièrement sensible au radoucissement des hivers.

De même, le mergule nain, petit pingouin des eaux nordiques, qui se reproduit au Groenland et sur les côtes arctiques, est sensible au réchauffement des eaux : sa principale nourriture, un crustacé planctonique, y devient en effet moins gros, donc moins nourrissant et également plus difficile à attraper. Des études menées par des équipes françaises et norvégiennes, ont montré des modifications de comportement et de métabolisme chez plusieurs espèces d’oiseaux marins arctiques. Ces changements semblent être une réponse aux changements climatiques.

La faune antarctique

Alors que plusieurs espèces voient leur population baisser, comme par exemple le manchot empereur, le gorfou sauteur, l'albatros à sourcils noirs et l'éléphant de mer, d’autres espèces, au contraire, “profitent” de l'évolution climatique actuelle pour se stabiliser à un niveau plus élevé de population que précédemment. C’est le cas par exemple du manchot royal ou de l’otarie à fourrure. Enfin, quelques espèces ne montrent pas de tendance marquée, c’est le cas par exemple du fulmar.

Selon un récent rapport du WWF, les populations de manchots ont globalement diminué au cours des dernières décennies. La fonte des glaces a en effet détruit un certain nombre de sites de ponte et d’accès à la nourriture. La diminution des réserves de krill, liée à la réduction de la banquise le long de la Péninsule ouest, aurait entraîné une diminution des populations de manchots à jugulaire de 30 à 66 %. Les effectifs des manchots Adélie auraient diminué quant à eux de 65 % en 25 ans. En Terre Adélie, en l’espace de quelques années seulement, au milieu des années 1970, la taille de la population de manchots empereurs a diminué de moitié. Depuis, il n’y a pas de remontée des effectifs qui restent stables en moyenne malgré d’assez fortes variations interannuelles.

Sur les îles sub-antarctiques, aux Kerguelen par exemple, où la température moyenne a augmenté de 1,3°C en 50 ans, la mouche bleue de nos régions a commencé à coloniser l'île principale à partir de la base dans les années 1980, exerçant une pression toujours plus forte sur les espèces locales qui n'ont pas d'ailes.

La faune aquatique d'Antarctique

D’après les premiers résultats de l’expédition « Mers australes », impliquant de nombreux chercheurs (Australie, France, Japon…), le réchauffement climatique semble ne pas avoir d’impact sur la faune aquatique au large de la Terre Adélie et de la Terre Georges V, en Antarctique de l’Est.

Les chercheurs ont constaté une grande biodiversité et ont décrit de très nombreuses espèces peuplant le plateau continental et les zones plus éloignées, jusqu’à une profondeur de 2000 m. Il s’agit d’un système très complexe et très riche. Reste pour le futur à suivre et à modéliser l’évolution de cette biodiversité…

La flore arctique

La flore des régions polaires est, elle aussi, soumise aux évolutions climatiques. Les paysages arctiques subissent d’importantes modifications qui sont des conséquences directes du changement climatique. Le plus spectaculaire est certainement la fonte du pergélisol, le sol normalement gelé en permanence : sur les 10 millions de km2 de pergélisol, 2 millions seraient déjà touchés par les changements du climat. Cette fusion des sols gelés libère d’énormes quantités d’eau, transformant le paysage. Ainsi au Canada, par exemple, les collines boisées peuvent être remplacées par des marécages et des lacs, émetteurs de méthane, important gaz à effet de serre.

Les forêts remontent progressivement vers le nord, au détriment de la toundra. La toundra est le lieu de reproduction de nombreuses espèces animales, notamment de millions d’oiseaux migrateurs qui subissent ainsi directement les effets des changements climatiques. Le développement des forêts rend également la surface des terres plus sombre. L’albédo (proportion réfléchie du rayonnement solaire) de ces étendues diminue de ce fait et crée ainsi une rétroaction positive qui renforce le réchauffement. De plus on constate une augmentation du nombre d’incendies dans plusieurs sous-régions de l’Arctique.

La flore antarctique

La flore spécifique à l'Antarctique est représentée par très peu d’espèces. En effet, les températures très basses, la qualité médiocre du sol, le manque d'humidité et de luminosité empêchent les plantes de se développer. La flore antarctique se limite donc principalement à quelques mousses et hépatiques, qui sont des végétaux peu exigeants et très résistants.

Acidification des océans

Le CO2 atmosphérique augmente. Une partie de ce CO2 en surplus pénètre, sous forme dissoute, dans les eaux des océans à leur surface. Les eaux de surface plongent dans les profondeurs au niveau de l’Atlantique nord. C’est donc dans cet océan que ces eaux de surface enrichies en CO2 vont plonger et donc que le surplus de CO2 va pouvoir envahir progressivement l’océan Mondial. Cette circulation profonde est lente (de l’ordre du millier d’années pour faire un tour complet), nous n’en sommes donc qu’au début de cette pénétration.

Avec l’augmentation de la concentration du CO2 dans l’atmosphère, une part croissante de ce gaz est “piégé” par les eaux de l’Atlantique nord, entraînant une acidification des eaux déjà décelables. L’acidification du milieu limite la synthèse du carbonate de calcium – principale “brique” du calcaire, constituant du squelette externe des organismes marins. Cette augmentation de l’acidité provoque la dissolution de la coquille des animaux à des profondeurs de plus en plus faibles.

Le programme EPOCA (European Project on Ocean Acidification), lancé en juin 2008, vise à mieux comprendre cette acidification des océans, à étudier ses conséquences sur la biologie marine et à les prédire pour le siècle à venir.

Appauvrissement des océans en sels nutritifs

Le réchauffement climatique aurait également un effet important sur la production du phytoplancton – algues microscopiques se développant par photosynthèse – dans l'océan Austral et, par ricochet, sur la production de l'océan mondial. En réchauffant la surface de l'océan Austral, le changement climatique accroît l'écart de densité entre la couche de surface et les eaux profondes. Or, en s'opposant aux brassages des eaux de surface, une stratification accrue de l'océan Austral crée des conditions plus favorables à une croissance optimale du phytoplancton antarctique. L'augmentation de la production de phytoplancton dans cette zone contribuerait à appauvrir les eaux antarctiques en sels nutritifs, ce qui perturberait le reste des chaînes alimentaires, l'océan Austral alimentant les trois quarts de la production primaire de l'océan mondial en sels nutritifs.

Invasions d'espèces introduites

Le principal risque pour la faune et la flore australes est celui d'invasions d’espèces, aujourd’hui facilitées par le réchauffement du climat. En effet, auparavant, des introductions, volontaires ou non, se sont produites sur les bases scientifiques, mais la rigueur du climat empêchait toute diffusion massive. On constate depuis plusieurs années une progression constante en milieu sauvage des espèces échappées. Ce sont le plus souvent des espèces très communes et très résistantes de nos régions qui trouvent un milieu favorable à leur épanouissement. Dotées d'un métabolisme plus actif que les espèces locales, elles ont tendance à les remplacer.

Dans des milieux déjà très dégradés par l'homme en raison des espèces introduites (chat, rat, mouton, vache, lapin), les expérimentations d’éradication du lapin réalisées à Kerguelen montrent que la suppression de l’herbivore, dans le contexte actuel de réchauffement et de sécheresse climatiques, ne permet pas le rétablissement des communautés originelles, mais favorise au contraire le développement d’espèces introduites comme le pissenlit. On comprend alors que l’invasion des écosystèmes par des espèces exotiques constitue, en conjonction avec les changements climatiques, les deux plus grandes menaces pour les espèces locales et pour le fonctionnement des écosystèmes dans leur ensemble.

La meilleure solution reste donc de mettre en place des solutions préventives toujours plus importantes, pour éviter les invasions, que ce soit par les touristes ou les scientifiques eux-mêmes, et d’acquérir une connaissance toujours plus précise des milieux pour tenter leur restauration.

Conséquences sur les populations humaines

Populations arctiques

Près de 4 millions de personnes vivent en Arctique aujourd’hui ; leur nombre précis dépend de l’endroit où l’on dessine la “frontière”. Ils incluent les autochtones et de nouveaux arrivants, des chasseurs-pêcheurs et éleveurs vivant des ressources de la terre, et des habitants de ville.

De nombreux groupes ethniques distincts vivent uniquement en Arctique où ils continuent leurs activités traditionnelles en s’adaptant au monde moderne. Au cours du 20ème siècle, l’immigration vers l’Arctique a dramatiquement augmenté, au point que les non indigènes supplantent les autochtones dans la plupart des régions (excepté le Groenland et le Nunavut). De nombreux immigrants sont venus en Arctique, attirés par les perspectives de développement ou d’extraction des ressources naturelles.

Les populations autochtones du pourtour de l’océan Arctique ont développé des modes de vie parfaitement adaptés aux conditions extrêmes du milieu. Des études ethnographiques montrent d’ores et déjà que dans un contexte de sociétés en mutation, les pratiques culturelles des sociétés polaires sont en pleine évolution et présentent de profondes transformations dans tous les domaines : culturel, social, démographique, économique, menaçant ainsi l’identité culturelle de ces populations.

Bouleversements des modes de vie

Si l'on en croit les modèles climatiques, la fonte de la banquise, due au réchauffement de la planète, va se poursuivre en Arctique au cours des prochaines décennies. La banquise pourrait même disparaître totalement durant l'été d'ici 2040. Un phénomène qui s'accompagne déjà d'un rétrécissement des territoires de vie pour les animaux polaires, de modifications des territoires de chasse et donc de bouleversements dans les modes de vie des communautés humaines arctiques.

À cause du réchauffement de la planète, l'île où se situe le village de Shishmaref, en Alaska, est en train de disparaître. Le pergélisol – sol gelé qui constitue l'île – fond et les maisons s'enfoncent. Pendant la saison des tempêtes (octobre-novembre), la banquise ne protège plus assez l'île et la mer érode dangereusement le pergélisol. Les habitants – des Inupiat – vont devoir rejoindre le continent avec le risque de délaisser leur mode de vie basé sur la chasse (phoque, morse, caribou, élan). Ce seront les premiers “exilés climatiques”.

De plus, les contacts avec l'Occident ou avec l'ex-URSS (pour les minorités sibériennes) ont fait perdre à la plupart des communautés arctiques leurs particularismes et leurs savoir-faire traditionnels. Plus vulnérables, certains peuples du Grand Nord vivent désormais en grande partie des subventions des États. Une dépendance et une fragilité qu'il faut toutefois nuancer : les gouvernements locaux mis en place au Groenland et au Canada – notamment au Nunavut - permettent aux populations inuit un certain degré d'autonomie et de gestion locale. Suite à l'effondrement du bloc soviétique, des petites populations de Sibérie – tels les Youkaghirs, Evènes, Koriaks, Tchouktches – doivent faire face aujourd'hui à des problèmes matériels graves, dans des domaines aussi cruciaux que la médecine, l'éducation et les transports, au point que leur existence même est aujourd'hui menacée.

Disparition d'un patrimoine culturel

Une partie du patrimoine de l'humanité, culturel et linguistique, est donc en train de disparaître. Si le réchauffement climatique en Arctique peut être vu de façon positive par certains, il est néfaste pour les peuples nomades ou semi-nomades qui vivent de l’élevage de rennes, comme les Evènes de Sibérie ou les Saames (Lapons) de Norvège. Cette hausse des températures a en effet un impact négatif sur le renne, les troupeaux ne pouvant plus se nourrir normalement : la couche de glace qui se forme à la surface de la neige suite à des variations de la température empêche le renne d’atteindre les plantes enfouies dans la neige dont il se nourrit. Si le changement climatique se poursuit, cela conduira à de profondes modifications dans le mode de vie des populations qui vivent de cet animal.

De plus, malgré leur fort isolement, les régions polaires ne sont pas à l’abri des retombées de polluants produits par les activités humaines. Le cas le plus connu est celui du mercure qui contamine toute la chaîne alimentaire en Arctique, du poisson aux morses et aux ours, sans épargner les populations humaines de la région qui se nourrissent essentiellement de la viande de ces animaux. Cette contamination par le mercure a des effets préoccupants aujourd’hui reconnus pour la santé humaine.

Damoclès : étudier la banquise arctique

Des prévisions inquiétantes

Selon les observations de la Nasa, l'Arctique n'a reconstitué en 2005 qu'une faible proportion de la banquise fondue pendant l'été : environ 4% seulement des 2,5 millions de km2 formés l'hiver précédent s'étaient recomposés. En janvier 2006, la superficie de glace avait diminué de 14% par rapport à 2005. Par ailleurs, les données satellitaires recueillies par la Nasa, entre mai 2004 et avril 2006, montrent que les glaciers du Groenland disparaissent deux fois et demie plus vite qu'il y a deux ans.

Selon les différents scénarios d'émissions de gaz à effet de serre, la température moyenne à la surface de la Terre continuera de croître de + 1,8°C à + 4°C d'ici à 2100. C’est la fourchette la plus probable retenue par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) dans son dernier rapport de février 2007. Ce réchauffement sera beaucoup plus marqué en Arctique : de 4,5°C à 8°C, voir plus. Les incertitudes dans les prévisions restent cependant très importantes. Mais plusieurs pistes suggèrent actuellement que ce réchauffement pourrait être plus important.

Damoclès, c’est quoi ?

Projet pilote de l’Union Européenne pour la quatrième Année Polaire Internationale, le programme Damoclès (Developping Arctic Modelling and Observing Capabillities for Long-term Environmental Studies), vise à observer, comprendre et quantifier les changements climatiques en Arctique et à prévoir son évolution afin d’aider à la prise de décisions face au réchauffement de la planète. Damoclès est programmé sur la période 2005 – 2009.

Ce programme scientifique, sous responsabilité française, regroupe 45 laboratoires, issus de 10 pays européens, des Etats-Unis et de Russie. Les mesures et observations scientifiques réalisées par le programme Damoclès sont faites, entre autres, à bord d'un bateau dérivant sur la banquise, Tara. D’autres moyens lourds sont mis à la disposition de Damoclès : un brise-glace, des bases polaires dérivantes, un autre voilier, le Vagabond, des hélicoptères…

Grâce à l'installation de capteurs autonomes dans l'ensemble du bassin arctique, les mesures précises d’un grand nombre de facteurs sont faites : pression atmosphérique, courants, salinité, température de l'eau et de l'air, vitesse de l’air, épaisseur de la glace, mesures des modifications de l’albédo au moyen de radiomètres, enregistrement sonore des mammifères marins.... Au-delà de 2009, le programme Damoclès devra vraisemblablement être poursuivi sous la forme d'un observatoire européen du changement climatique dans cette région.