Dossier : Climat  
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La Méditerranée, zone test des changements globaux et régionaux des écosystèmes


Extrait de la Lettre n°8 du Programme International Géosphère Biosphère-Programme Mondial de Recherches sur le Climat (PIGB-PMRC)



































































1 - Variations de l'anomalie de niveau de la mer observée par la combinaison de TOPEX/POSEIDON et d' ERS-2 durant l’été 1996. (P.Y. Le Traon et al./CLS, Space Oceanography Division, France)



2 - Variations du niveau marin calculées sur 4 ans, de 1992 à 1996. (P.Y. Le Traon & N. Ayoub/CLS, Space Oceanography Division, France)



3 - Les campagnes récentes en Méditerranée occidentale ont été focalisées sur l'étude de structures à méso-échelle, depuis la Mer d'Alboran jusqu'au Bassin Algérien.



4 - Relation entre le caractère trophique et les flux de carbone organique particulaire (COP) mesurés par des piegés à particules. (Document préparé par S. Heussner /CEFREM, Université de Perpignan)







5 - Augmentation de la température et de la salinité des eaux profondes.
























6 - Modification de la dynamique en mer Egée. (Mosetti, OGS - Trieste).





























7 - Evolution des teneurs en plomb des eaux et des sédiments. (Ferrand et al., 1998).



















8 - Autre approche pour évaluer le taux d'anthropisation du milieu marin côtier, tributaire de l'apport continental : une étude faite par Galgani et al. (1996) sur la répartition des débris faiblement dégradables sur les fonds du Golfe du Lion.




9 - Pour illustrer le mécanisme de transport et d'accumulation, une photo prise par le submersible Cyana (IFREMER) à 1000 m de profondeur dans un canyon, montre la présence des déchets modernes dans ce qui a été d' anciennes vallées glaciaires.

 


Cet océan miniature qu'est la Méditerranée pourrait bien nous alerter dès maintenant sur le devenir des océans mondiaux sous l'action de l'activité humaine. Zone particulièrement sensible, car bien délimitée et soumise à une forte pression anthropique, elle présente une évolution décelable sur les dernières décennies. Le programme MATER a pour but une approche intégrée de la Méditerranée dans ses aspects physiques, chimiques et biologiques .


De l’océan primitif à une mer entre les terres
La Méditerranée est héritée d'un océan primitif, la Tethys, qui, il y a 200 millions d'années (MA), était insérée entre deux masses continentales, européenne et africaine . On peut rappeler que 80% des ressources en hydocarbures du globe sont situées sur les marges de ce paléo-océan équatorial. Vers 65 MA, la distribution des continents (Amérique du Nord, Eurasie, Amérique du Sud et Afrique) devient reconnaissable avec l'ouverture des océans Atlantique et Indien ; mais un mouvement Sud-Nord de l'Afrique va réduire l'espace océanique entre l'Afrique et l'Eurasie par l'intermédiaire de diverses zones de subduction.

On connait ensuite vers 6 MA l'épisode, dit crise messinienne, résultant de la quasi fermeture du détroit de Gibraltar qui a entraîné un épais dépôt d'évaporites en Méditerranée. Puis la remise en eau qui s'en suivit, s'est tarduite par le remplissage sédimentaire plio-quaternaire qui donne aux fonds de la Méditerranée son apparente homogénéité.
Comme conséquence de cette évolution géodynamique : un phénomène de subduction actif sur presque tout le pourtour de la Méditerranée, l'existence de chaînes périméditerranéennes, le plongement toujours actif de la plaque africaine et arabique sous la plaque eurasiatique qui explique la seismicité et le volcanisme toujours actif, surtout en Italie et en Grèce, des bassins créés en arrière des zones de subduction. Citons : le bassin algéro-provençal né d'une dérive du bloc corso-sarde vers 18 MA, le bassin Tyrrhénien, les mers ionienne et levantine, derniers restes océaniques de la Tethys et la Mer Egée, le bassin le plus récent.

Un océan miniature

La circulation thermohaline
Le climat dépend des interactions océan-atmosphère et des redistributions de chaleur, effectuées entre l'équateur et les pôles, à part égales, par ces deux fluides. Dans l'océan, cette redistribution se fait via les circulations, superficielle et profonde (encore appelée circulation thermohaline). Les eaux profondes sont principalement générées par la plongée des eaux de surface en Atlantique nord (Mer du Labrador et la Mer de Norvège.), eaux rendues en ces endroits particulièrement denses par leur salinité élevée et leur basse température. Ces eaux profondes parcourent alors lentement (en plus de 1000 ans) l'Océan Atlantique du nord au sud puis, après avoir contourné l'Antarctic, parcourent l'Océan Pacifique du sud au nord où elles remontent à la surface. Une partie de ces eaux profondes remonte également en surface dans l'Océan Indien. Le rôle de cette circulation profonde encore appelée "Conveyor Belt" apparaît particulièrement important dans les changements climatiques (elle a par exemple fortement varié lors de la dernière déglaciation) et la connaissance des mécanismes impliqués dans cette circulation est un point crucial pour la prévision de l'évolution climatique.

L'étude de cette "Conveyor Belt" planétaire est difficile en raison des dimensions spatiales et temporelles. Or il existe en Méditerranée, un système de "Conveyor Belt" analogue, dont l'étude est considérablement plus aisée étant donné les zones d'occurence. Ici, la circulation thermohaline est gouvernée par la différence de densité existant entre l'Océan Atlantique et la Méditerranée qui est un bassin de concentration, la charge en sel étant dûe au déficit évaporation-précipitation.
En conséquence, des eaux de surface peu salées et chaudes (température de l'ordre de 16°C) entrent en Méditerranée tandis que des eaux profondes de Méditerranée, salées et froides (température de l'ordre de 13°C), se déversent dans l'Océan Atlantique jusqu'à influencer vers le Nord le circuit du Gulf Stream. L'eau Atlantique entrante détermine une partie importante de la circulation cyclonique de surface ; elle est transformée en hiver en eau méditerranéenne profonde (plongée des eaux de surface) au niveau du Golfe du Lion et en eau Levantine Intermédiaire en Méditerranée Orientale, au niveau du bassin crétois. On comprendra donc, l'intérêt des modèles de circulation générale qui sont en cours de développement dans le cadre du MTP-MATER pour améliorer la compréhension des échanges atmosphère-océan et de la variabilité saisonnière et interannuelle. Ils ont été intercomparés avec les modèles océaniques et, de fait, ils reproduisent les principales structures hydrodynamiques.

La circulation de surface et la variation du niveau moyen de la mer
Avec l'emport d'un altimètre, la mission franco-américaine Topex-Poseidon donne accès à une vue globale de la circulation de surface et à sa variabilité. Environ la moitié du signal est reliée aux effets de contraction-dilatation dûs aux échanges de chaleur entre l'atmosphère et l'océan ; l'autre moitié est dûe aux variations des échanges à Gibraltar et à l'évaporation et aux précipitations.
La topographie de surface permet d'apprécier les courants avec une précision de l'ordre de quelques centimètres par seconde ; elle permet aussi, de mesurer les variations du niveau marin.
La figure 1 montre les anomalies négatives (-8cm) et positives (+8cm) anticycloniques durant l'été 1996 ; les structures caractéristiques à méso-échelle sont bien marquées : gyre anticyclonique d'Alboran et les "eddies" associés au courant algérien, ainsi que les structures anticycloniques complexes (Ierepetra) en Méditerranée Orientale.
La figure 2 où sont portées les variations du niveau marin calculées sur 4 ans, de 1992 à 1996, fait apparaître la forte variabilité saisonnière qui peut atteindre 20 cm, avec des pics en automne et des minima au printemps (figure 2a). Depuis quelques années, le niveau moyen des océans s'est élevé d'environ 2 mm ; en Méditerranée (figure 2b), une tendance identique est observée, mais avec une dérive qui peut atteindre 1 cm an-1 ; dérive qui a été exceptionnellement forte en 1996. Mais dans un cas comme dans l'autre, il subsiste une forte incertitude car il est nécessaire de disposer d'enregistrements à plus long terme.

Importance des phénomènes dynamiques à méso-échelle et le couplage physique-chimique-biologique
A côté des modèles à grande échelle et des modèles globaux sur le cycle du carbone, on reconnait, maintenant, l'intérêt d'améliorer les modèles couplés physique/biogéochimie au niveau des structures à méso-échelle (quelques centaines de kilomètres). Ces structures sont communes en Méditerranée et leur approche pluridisciplinaire a été fortement développée. On donnera, ici, des résultats récents obtenus au niveau du courant algérien par les équipes françaises et espagnoles et associant observations satellitales et mesures in situ. (figure 3)

Les flux biogéochimiques à l’échelle d’une mer régionale - relation avec le degré trophique
Une expérience unique a eu lieu qui a consisté à qualifier et quantifier les flux de matière dans l'ensemble du bassin méditerranéen en des sites representatifs et en utilisant les mêmes équipements et les mêmes approches analytiques. Des lignes instrumentées de pièges à particules et de courantomères ont été mouillées durant 1 à 2 ans, de 1993 à 1995 : dans le bassin Nord-Baléares le long du circuit liguro-provençal-catalan, au centre de l'Adriatique et dans le détroit ouest-Crête, entre la Mer Egée et la Mer Ionienne (figure 4).

On peut résumer les résultats en quelques points essentiels :

- les flux moyens totaux et de carbone mesurés à 500 et 1000 m mètres de profondeur, suivent le gradient trophique du sous-bassin dépendant de la productivité biologique et de la proximité des sources d'apports continentaux ;
- les flux les plus faibles, de l'ordre du milligramme m-2 j-1, sont enregistrés dans l'aire la plus oligotrophe du bassin crêtois ; ici, la structure de la chaîne alimentaire dominée par les dinoflagellés et les bactéries est typique des milieux océaniques ;
- à 500 m la variabilité saisonnière des flux de carbone est nette.

Ainsi dans une aire à méso-échelle, la dynamique contrôle la variabilité spatiale des flux de masse ; le gradient d'accroissement des flux avec la profondeur (entre 500 et > 1000m) est lié à l'advection horizontale de matière venant de sources locales ou lointaines. Ce mécanisme d'advection déjà décrit en Méditerranée comme en domaine océanique, a été récemment invoqué pour expliquer l'exportation de carbone dissous et particulaire en suspension vers l'intérieur des océans ; les calculs de Bauer & Druffel (1998) suggérent que les apports de ce carbone depuis les marges continentales vers l'océan profond sont d'un ordre de grandeur plus élevés que le carbone organique dérivé de la production de surface au niveau des gyres de l'Atlantique Nord et du Pacifique Nord.

La Méditerranée : zone test des changements naturels et anthropiques
L'ensemble des travaux entrepris en Méditerranée et plus récemment coordonnés dans le cadre des programmes européens MTP I et II-MATER, permet de faire l'inventaire de quelques faits saillants identifiant des changements récents de cet environnement.

Augmentation de la température et de la salinité des eaux profondes
Dès 1990, Béthoux et al. (Nature, 347) signalaient l'augmentation de ces deux paramètres mesurés depuis 1959 dans l'eau profonde du bassin algero-provençal (figure 5). Cette tendance est confirmée jusqu' à ce jour et un bilan radiatif récent, fait par ces mêmes auteurs sur la période 1940-1995 sur l'ensemble de la Méditerranée, montre qu'il est comparable à celui estimé dans l'hémisphère nord, soit autour de 1.7 Wm-2. En conséquence, l'augmentation de température observée en Méditerranée constituerait le premier effet mesuré de l'effet de serre (Bethoux et al., 1998).

Augmentation des sels nutritifs
Les mêmes suivis de la variation du contenu en sels nutritifs, effectués de 1965 à 1995, montrent que les eaux de la Méditerranée occidentale se sont enrichies en nitrates et en phosphates. Cet accroissement est attribué à l'activité industrielle, urbaine et agricole. Il s'en suit une tendance, quoique irrégulière, à l'eutrophisation du bassin, avec une conséquence inattendue qui est une augmentation de la production halieutique, surtout de petits poissons pélagiques (sardines et anchois). En effet, les statistiques de pêches faites à partir des données du Geophysical Information System montrent, que depuis quelques décades (70-80), la productivité augmente surtout sur les marges continentales du Nord de la Méditerranée ; cette distribution relie, nettement, ce phénomène à l'impact humain. Cependant ce qui peut paraître maintenant un effet positif (augmentation de la production halieutique), n'est pas dépourvu, à long terme, de conséquences sur la biodiversité (baisse de celle ci avec prédominance de quelques espèces).
On sait, par contre, que le Sud-Est de la Méditerranée reste très oligotrophe et que ce caractère est aggravé depuis la construction du barrage d'Assouan. A cet aménagement sont liées :

- la réduction de 75% des pêches au large du Nil,
- l'érosion des côtes
- la salinisation des terres du delta.

Ceci n'est pas sans conséquences sur l'économie tirée respectivement des ressources vivantes marines et de la riziculture.

Un évènement majeur en Méditerranée Orientale
Entre 1987 et 1995, un changement dynamique a été observé en Mer Egée (mer entre la Grèce et la Turquie) : la formation d'eaux salées et denses qui s'écoulent à travers les seuils de Crête et modifient la circulation ionienne( Mer Ionnienne : entre la Grèce et la Sicile). Le déplacement de ces eaux au delà des détroits est bien marquée par les chlorofluorocarbones (Roether et al. 1996). La figure 6 montre la simulation du développement de ce "nouvel état" retracé par l'évolution de la salinité.

On tente actuellement de donner une explication à cette modification de la dynamique qui peut avoir des conséquence sur la productivité biologique. Trois shémas possibles sont avancés :

- il pourrait s'agir d'une modification naturelle du climat, les bases de données atmosphériques montrant que la période 87-93 a été marquée par des vents forts et des hivers froids;
- une récente publication (Genin, Nature, 1995) met en rapport les modifications océanographiques et biologiques dans le Golfe d'Aqaba avec l'hiver froid qui a succédé à l'éruption du Pinatubo en juin 91, aux Philippines;
- pour Bethoux et al. (1998) le calcul des bilans des échanges de chaleur et d'eau suffit à expliquer ce changement de la circulation dans cette partie de la Méditerranée. Le déficit en eau douce et l'augmentation de la salinité sont à la fois dûs à la diminution des précipitations (changement global et effet de serre), aux aménagements des fleuves, mais également à l'ingression des eaux de Mer Rouge depuis l'ouverture du Canal de Suez en 1869 et à son aggrandissement en 1981.

Etat de la pollution
La Méditerranée est une des zones au monde qui subit la plus forte pression humaine avec, une population totale des nations qui la borde atteignant 380 millions de personnes, un tourisme qui, avec 158 millions d'individus, représente 1/4 du tourisme mondial et une circulation extrêmement dense qui fait que 23% de la quantité mondiale de pétrole est transportée dans ce bassin dont la superficie ne représente que 1% de l'océan mondial.
Deux exemples de pollution :

- celle par les métaux lourds
- celle par les déchets non-dégradables.

Un cas d'étude : le plomb
La Méditerranée n'est pas, globalement, plus contaminée que d'autres mers sauf en ce qui concerne le plomb et en partie le cadmium. Il faut dans tous les cas distinguer les zones du large et les zones côtières, car 80% des polluants proviennent du continent et surtout des rivières. L'évolution des teneurs en Pb des eaux et des sédiments (figure 7) marque bien l'anthropisation du système depuis les années 1920, 57% provenant de l'activité industrielle et 43% des essences des automobiles.
Un suivi, de 1983 à 1996, de la pollution des eaux du large dans le bassin occidental de la Méditerranée, montre une diminution du Pb dissous, à partir de 1994 (figure 7b); elle serait due à la limitation internationale du Pb dans les essences intervenue en 1976. Cet exemple permet de mesurer le temps de réponse d'un système à une mesure d'urgence.

L' étude du Pb contenu dans les sédiments de la marge du Golfe du Lion est un exemple sur la manière de rendre compte de l'état d'anthropisation d'une zone côtière. Elle permet de faire l'inventaire de ce métal dans la zone et de tracer la dynamique de cet élément depuis les zones sources. On note ainsi une augmentation régulière des teneurs en Pb dans la couche de sédiments superficiels séculaires, les plus fortes concentrations étant associées à l'embouchure du Rhône, à la proximité de la ville de Marseille et dans le secteur du canyon de Cassidaigne, lieu de deversement des boues rouges. On retrouve également des concentrations assez élevées à 1000 de profondeur et prioritairement dans l'axe des canyons sous-marins. Les plus forts inventaires trouvés paradoxalement dans la partie ouest, à plus de 200 km de l'embouchure du principal émissaire, s'expliquent par le forçage par le circuit géostrophique liguro-provençal-catalan de direction Est/Sud-Ouest. Ce résultat, à travers un élément anthropique marqueur, est en parfait accord avec les mesures de flux de particules mesurés depuis 5 ans aux limites est et ouest de ce système du Golfe du Lion.

La Méditerranée "poubelle"
Une autre forme de l'activité humaine s'exprime sous la forme des déchets solides faiblement dégradables. L'inventaire fait par Galgani dans la même zone, par chalutage et observation par submersible, montre que (figure 8) :

- 70% des déchets sont des plastiques, sacs et bouteilles,
- si on trouve environ 100 pièces/km2 sur le plateau continental par moins de 200 m de profondeur, leur densité atteint 700 à 4000 pièces/km2 entre 200 et 1000 m de profondeur, le maximum étant localisé dans les canyons (figure 9).


Cette distribution est également une expression de la dynamique avec, probablement, un premier dépôt sur les aires peu profondes, puis une reprise et une exportation des produits vers le large où ils sont piégés dans les discontinuités topographiques que représentent les vallées sous-marines creusées au cours des bas niveaux marins glaciaires.

Cette répartition à la fois des contaminants liés aux particules en suspension et des déchets solides correspond parfaitement aux champs de vitesse des courants tels que simulées par les modèles : trajectoire Est/Sud-Ouest du courant général nord-méditerranéen, boucle anticyclonique dans la partie côtière ouest et circulation particulière dans les canyons due à la contrainte topographique sur le circuit général longeant la pente continentale.


Contact :
André Monaco
Centre de Formation et de Recherche sur l’Environnement Marin
Université de Perpignan
52, Av.de Villeneuve
66860 Perpignan
monaco@univ-perp.fr



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