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Les océans se refroidissent
date 18 mai 2010
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Est-ce que le refroidissement des océans prouve que le réchauffement climatique s’est arrêté ?

L’argument des sceptiques...

"Le réchauffement climatique, mis en évidence par un excès de chaleur dans la partie supérieure de l’océan, ne s’est pas produit depuis 2004. Il est impossible de savoir si ce manque de réchauffement se poursuivra, mais ces observations sont en contradiction avec les prévisions climatiques à long terme au niveau mondial énoncées dans le rapport du GIEC de 2007. " (Roger Pielke Sr).

Ce que dit la science...

Les premières estimations de la chaleur de l’océan réalisées par le réseau de bouées Argo ont semblé montrer un refroidissement lié en fait à un biais des capteurs de pression. Les estimations récentes du contenu de chaleur de l’océan qui prennent en compte ce biais montrent un réchauffement continu de la partie supérieure de l’océan. Ceci est confirmé par des estimations indépendantes de la chaleur de l’océan, ainsi que par des mesures plus complètes de la chaleur des océans allant jusqu’à 2000 mètres de profondeur.

L’article Le refroidissement de l’océan mondial depuis 2003 (Loehles 2009) se penche sur le contenu calorifique des océans mesuré par Argo. Argo est un réseau de plus de 3000 bouées dispersées à travers le globe qui mesurent la température et la salinité de la partie supérieure de l’océan. Loehles identifie une tendance au refroidissement de 2003 à 2008.


Figure 1 : Chaleur océanique lissée par un filtre 1-2-1, et son approximation linéaire (pente = -0,35 x 1022 J / an)

Comme les océans contiennent environ 80% de l’énergie totale stockée par la machine climatique, le contenu de chaleur chaleur de l’océan est un bon indicateur de l’évolution de notre climat. C’est pourquoi le récent refroidissement de l’océan a conduit certains à conclure que le réchauffement climatique s’était arrêté. L’article le mieux construit est probablement The Global Warming Hypothesis and Ocean Heat de William DiPuccio.
Son raisonnement est le suivant :

- 1 L’hypothèse d’un réchauffement climatique d’origine anthropique implique que la chaleur océanique devrait augmenter de manière assez constante et ininterrompue (monotone), sauf en cas d’éruptions volcaniques

- 2 Or l’océan s’est refroidi depuis 2003

- 3 Par conséquent, l’hypothèse d’un réchauffement climatique d’origine anthropique est fausse, ou au moins elle présente des lacunes fondamentales

Examinons les points 1 et 2 plus en détail.

1. La chaleur des océans augmente-t-elle de manière monotone d’année en année ?

Si le climat accumule de la chaleur en permanence, cela signifie-t-il que la chaleur des océans doive également montrer une tendance monotone et constante ? Pour y répondre, nous devons considérer les observations du contenu thermique des océans au cours des 40 dernières années.


Figure 2 : chaleur océanique mondiale de 1955 à 2008. La ligne bleue représente le contenu thermique des océans pour la couche 0-700 m (Levitus 2008). La ligne rouge est l’épaisseur optique stratosphérique en moyenne globale, indiquant les grandes éruptions volcaniques (NASA GISS, les données s’arrêtent en 1999).

L’enregistrement le plus long révèle une variabilité interannuelle à décennale superposée à une tendance de long terme au réchauffement. Les éruptions volcaniques (indiquées en rouge par leur altération de l’épaisseur optique stratosphérique) produisent un refroidissement de court terme sur plusieurs années. Mais il y a aussi de la variabilité interannuelle due à des phénomènes tels que El Nino (entre 3 et cinq ans). Il n’est pas rare que la tendance au réchauffement se ralentisse ou montre même un refroidissement sur plusieurs années. Plus d’informations sur ce qui cause le refroidissement des océans à court terme...

2. L’océan s’est-il refroidi depuis 2003 ?

Le contenu de chaleur océanique est directement mesuré par des profils de température de l’eau à différentes profondeurs, recueillis par divers moyens. Le système le plus complet est le réseau de bouées profilantes automatiques Argo, qui a été progressivement déployé de 2003 à 2007, avec actuellement 3388 flotteurs répartis à travers les océans.
Plusieurs problèmes se posent pour mesurer l’évolution de la chaleur de l’océan. Avant que le réseau Argo soit déployé, les mesures étaient effectuées principalement par des bathythermographes jetables (XBT) . On a constaté que ces XBT, inégalement répartis dans l’espace et le temps, mesuraient un océan en moyenne plus chaud que dans la réalité (ce qu’on appelle un biais). Par conséquent, lorsque les données Argo sont arrivées, avec un échantillonnage bien plus complet, une tendance exagérée au refroidissement, artificielle, est apparue(plus d’informations ici). En outre, certains flotteurs Argo ont eu des problèmes liés à leur capteur de pression, dont la dérive produisait une tendance au refroidissement supplémentaire, elle aussi en partie artificielle.
Loehles 2009 utilise une reconstruction de données Argo par Josh Willis (Willis 2008). Une autre analyse des mêmes données brutes Argo a été réalisée par Leuliette 2009 - une comparaison de Willis 2008 et Leuliette 2009 est montrée dans la Figure 3 :


Figure 3 : variations mensuelles du niveau stérique mondial moyen de la mer calculé par Willis 2008 (ligne grise) et Leuliette 2009 (ligne noire).

Willis 2008 montre une tendance au refroidissement depuis 2004, tandis que Leuliette montre une tendance au réchauffement. La différence principale entre les deux estimations se trouve au début de l’enregistrement du programme Argo, quand il y avait moins de bouées Argo déployées. Leuliette 2009 suggère que l’écart entre les deux pourrait être dû à un mauvais échantillonnage et à des différences dans la façon dont les données ont été traitées. Mais quel jeu de données est le plus précis ?
Lorsqu’on est confronté à deux estimations présentant des résultats différents, il est utile de prendre pour arbitre un ensemble de données déterminées de façon indépendante. En plus d’utiliser les données Argo, Cazenave 2009 crée une deuxième estimation indépendante du contenu de chaleur de l’océan. L’élévation du niveau des mers a deux composantes : la variation de masse due à la fonte des glaces et l’élévation stérique du niveau des mers due aux changements dans la densité de l’océan. La dilatation thermique est la principale cause des changements stériques (la salinité joue également, mais de manière minoritaire), par conséquent l’élévation stérique du niveau de la mer représente en première approximation une autre mesure d’un contenu de chaleur totale des océans.

Il y a deux possibilités de reconstruction du contenu de chaleur, indirecte, en utilisant les mesures de gravimétrie par satellite : on estime en premier la variation de la masse océanique par cette méthode. L’élévation du niveau marin dû aux changements de masse est ensuite soustraite à l’élévation du niveau total de mer, mesuré par altimétrie, pour calculer l’élévation stérique du niveau des mers. La deuxième possibilité utilise les mesures de gravimétrie par satellite au dessus des continents pour calculer les changements de masse des glaces et des eau terrestres. L’augmentation du niveau de la mer issu de cette contribution est soustraite de l’augmentation totale du niveau de la mer pour obtenir une autre estimation de l’élévation stérique du niveau de la mer. Les deux reconstitutions montrent une tendance statistiquement significative au réchauffement.
Argo produit deux flux de données - en temps réel où les données sont disponibles presque instantanément, et en différé où les données subissent des contrôles plus rigoureux. Cazenave utilise uniquement les mesures les plus fiables (une approche que les gens des stations de surface approuveraient certainement). La tendance Argo correspond tout à fait avec la reconstruction des deux autres.


Figure 4 : Trois reconstructions du niveau des mers stérique, avec élimination de la composante saisonnière. La courbe bleue est estimée à partir de la différence entre l’altimétrie et la masse de l’océan issue de GRACE. La courbe verte est estimée à partir de la différence entre l’altimétrie par satellite et la contribution de la glace et des eaux terrestres totale. Courbe rouge : estimations ARGO (Cazenave, 2009).

Lorsqu’on discute de climat, l’erreur la plus fréquemment commise est de ne s’axer que sur une seule pièce du puzzle en ignorant la situation dans son ensemble. La thèse du refroidissement de l’océan commet cette erreur par deux fois. Premièrement, elle examine des données sur une période de 6 années tout en ignorant les 40 dernières années de réchauffement de l’océan. Deuxièmement, elle ne prend en compte qu’une seule reconstruction montrant un refroidissement, tandis que d’autres résultats et des analyses indépendantes indiquent un léger réchauffement.

En conclusion, il subsiste des incertitudes sur la reconstruction du contenu de chaleur de l’océan. En général, les diverses reconstructions montrent les mêmes tendances au réchauffement à long terme, mais elles ne s’accordent pas toujours sur de courtes périodes. L’incertitude implique qu’on ne peut pas conclure avec certitude au refroidissement de l’océan. Une analyse indépendante semble indiquer que depuis la dernière demi-douzaine d’années, l’océan a montré un réchauffement plus faible que la tendance à long terme, mais il conserve se réchauffe néanmoins de manière statistiquement significative.

Autres lectures
La section du RE4 du GIEC consacrée aux changements climatiques et océaniques du niveau de la mer (15Mb PDF) donne un bon résumé des questions relatives au contenu de chaleur océanique et au changement de niveau de la mer. Fait intéressant, ils utilisent les données de chaleur océanique comportant la tendance erronée au refroidissement de 2003 (voir Figure 5.1).
Josh Willis a rédigé un bon aperçu des défis que posent la mesure la température des océans dans Est-ce moi, ou les océans refroidissent-ils ?