BIO 7013 Cycles biogéochimiques et échanges océan-atmosphère

BIO 7013
Cycles biogéochimiques et échanges océan-atmosphère
« L’atlantisation » de l’océan Arctique :
caractérisation et impacts potentiels sur l’écosystème marin
Sophie Renaut
Etudiante graduée 3e cycle
Doctorat en océanographie
([email protected])
Présentation le 5 décembre 2012
Session automne 2012
Université Laval
Faculté de Biologie

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Table des matières
1. Introduction 1
2. Comment se manifeste l’atlantisation de l’océan arctique ? 3
2. 1. Influence des oscillations atmosphériques et des vents d’ouest 5
2. 2. Circulation océanique 5
2. 3. Propriétés hydrologiques des masses d’eau concernées 5
2. 4. Anomalies d’eaux chaudes en provenance de l’océan Atlantique 8
3. Quels sont les impacts potentiels sur l’écosystème marin? 11
4. 1. Transfert de chaleur vers l’océan Arctique 11
4. 1. Export de la glace de mer par le détroit de Fram 13
4. 2. Remontée vers le Nord des populations de plancton sub-arctiques 15
4. 3. Altération potentielle de la chaîne trophique et de l’export de carbone 18
4. Conclusion et perspectives d’étude 20
Références

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1. Introduction
L’océan global joue un rôle clés sur le climat de la planète par l’intermédiaire de la circulation
thermohaline. Il redistribue les flux de chaleur reçus au niveau de l’Équateur vers les régions
polaires. Les pôles sont caractérisés par la présence de la banquise comportant un fort albédo
(~80 %) et permettant ainsi de renvoyer vers l’espace une grande partie de l’énergie solaire reçue.
Ce phénomène permet de limiter le réchauffement de la planète. Cependant, ces environnements
extrêmes sont très sensibles aux variabilités du climat et les écosystèmes polaires subissent
actuellement de profonds changements qui devraient s’accentuer dans les années à venir
(Smetacek and Nicol, 2005). L’océan Arctique est connu comme étant la région la plus sensible
et qui répond le plus rapidement au réchauffement global de la planète. La température
atmosphérique moyenne a notamment augmenté de 3-4 °C depuis les années 50 dans cette région
(IPCC 2007). Cet océan s’étend sur une surface d’environ 13 millions de km2 et recouvre les
mers situées entre le pôle Nord et le nord de l’Europe, de l’Asie et de l’Amérique. Il est
également caractérisé par la présence d’une banquise qui s’étend en moyenne sur 4 millions de
km2 en été, jusqu'à 15 millions de km2 en hiver. Il se trouve aujourd’hui particulièrement affecté
par le réchauffement des masses d’air et des eaux de surface observé depuis le début de l’ère
industrielle en raison des émissions croissantes de CO2 anthropique (figure 1). Depuis les années
80, on assiste à une fonte accélérée de cette banquise, particulièrement durant l’été, caractérisée
par une diminution de son étendue (figures 2 et 3) et de son épaisseur (Quadfasel et al., 1991 ;
Maslanik et al., 2007). La perte de la banquise de plusieurs années démontre également
l’ampleur des changements climatiques ayant lieu en Arctique (Comiso et al., 2012). Un
minimum de glace de mer a été atteint durant l’été en septembre 2012 (~ 3,4 millions de km2). Le
déclin observé de la banquise est plus rapide en septembre avec une perte de glace de mer
d’environ 100 000 km2 par an (Serreze et al., 2007). Les modèles prédisent notamment un océan
libre de glace durant l’été d’ici 20 à 30 ans, et constitué majoritairement par une banquise de 1e
année (Wassmann et al., 2010; Carmack and McLaughlin, 2011). Ces changements majeurs
semblent en partie reliés à une amplification de la circulation atmosphérique cyclonique située en
Atlantique Nord et en Arctique (Dickson et al., 2000). Ces processus atmosphériques
dynamiques contrôlent la circulation des couches de surface océaniques. Par ailleurs, les
principales sources de chaleurs pour l’océan Arctique correspondent à l’entrée des masses d’eau
chaude Atlantique (AW) et Pacifique (PW). L’entrée des eaux Atlantiques (AW), combinée à un

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Fig. 1. Variabilité du niveau moyen de la mer (1), de l’étendue de la banquise arctique en été (2),
du contenu de chaleur entre 0-700 m (3), de la température de surface (4), du pH moyen de
surface (5) et de la pCO2 atmosphérique (6). L’aire colorée en violet représente les modifications
du pH moyen à la surface des océans, et de la pCO2 atmosphérique en lien avec le scenario A2
(croissance rapide de la population) établi par l’IPCC (Intergovernemental Panel on Climate
Change) (Doney et al., 2012).
Fig. 2. Etendue de la banquise en océan Arctique entre les mois de juillet à novembre, en millions
de km2 (National Snow and Ice Data Center, 15 octobre 2012).

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export des eaux Arctiques (ArW) et d’une partie de la banquise par le détroit de Fram, contrôle
en grande partie la distribution de flux de chaleur en océan Arctique (Schauer et al., 2004). De
récentes observations ont mis en évidence une amplification des anomalies d’eaux chaudes au
sein de l’océan Arctique et en provenance de l’océan Atlantique (Polyakov et al., 2008 ; 2011).
Ce phénomène d’« atlantisation », qui se traduit notamment par un retrait prononcé de la
banquise, peut être observé par les satellites dans le secteur Atlantique de l’océan Arctique
(figure 4). Il s’avère relativement complexe en raison du nombre d’interactions impliquées entre
les différents compartiments de l’atmosphère, de l’océan et de la banquise. De récentes études se
sont intéressées à ce processus par le biais de données satellitales et in-situ. Cependant, l’océan
Arctique reste une région difficile d’accès en raison de son éloignement et des conditions
climatiques difficiles qui y règnent, particulièrement durant l’hiver. Il est pourtant nécessaire
d’approfondir notre compréhension de cet écosystème, complexe et fragile, dans le but
d’améliorer les modèles pour mieux appréhender les changements futurs. Dans les années à venir,
on devrait assister à un accroissement de la pression anthropique dû à une augmentation des
émissions de CO2 atmosphériques, de l’exploitation des ressources naturelles et du transport
maritime en Arctique. Dans le rapport suivant, nous détaillerons les différents processus
physiques qui se manifestent en Arctique et qui contribuent au phénomène d’ « atlantisation ».
Puis nous nous intéresserons aux différentes conséquences observées ou susceptibles de se
produire au niveau de l’écosystème marin, telles que l’export de glace de mer à travers le détroit
de Fram, le déplacement de populations de planctons vers le Nord, ou encore la modification
potentielle de l’export de carbone. Nous insisterons sur les différentes interactions existant entre
les 3 compartiments que sont l’atmosphère, l’océan, et la banquise, ainsi que les impacts
potentiels sur les cycles biogéochimiques associés.
2. Comment se manifeste l’ « atlantisation » de l’océan Arctique ?
Le phénomène d’ « atlantisation » de l’océan Arctique se traduit par une remontée des eaux
chaudes atlantique vers le Nord. Cette advection de la masse d’eau est liée en partie à l’action à
des vents d’ouest qui agissent sur les couches de surface. Des études récentes ont mis en évidence
l’influence des oscillations atmosphériques sur l’intensification des vents d’ouest, et par
conséquent, sur l’amplification des remontées d’eau chaude en provenance de l’océan Atlantique.
de la colonne d’eau.