Le changement climatique accentue les extrêmes, y compris dans les océans

Le changement climatique provoqué par l'homme se fait de plus en plus sentir, en Suisse dernièrement avec l'été 2021 marqué par de fortes pluies et des inondations. On sait depuis longtemps que le réchauffement global de la planète ne provoque pas seulement des périodes de chaleur plus longues et plus intenses, mais qu'il entra?ne aussi des sécheresses, des pluies ou des tempêtes de plus en plus violentes selon les régions. De plus, ces événements extrêmes se combinent plus souvent.

En revanche, la manière dont les événements extrêmes se développent dans les océans du monde n'a guère été étudiée. Dès le début des années 2000, les premières études scientifiques ont fait référence à l'importance des vagues de chaleur dans l'océan et à leur impact sur les écosystèmes. Une vague de chaleur marine au large de la c?te ouest de l'Australie en 2011, qui a irrémédiablement détruit les forêts d'algues riches en espèces qui s'y trouvaient, a été un signal d'alarme.

L'exemple le plus marquant de vague de chaleur en mer est sans doute le "blob", une énorme bulle d'eau chaude qui s'est propagée de 2013 à 2015 dans le nord-est du Pacifique et le long de la c?te ouest des ?tats-Unis, de l'Alaska à l'équateur. Des millions d'oiseaux de mer, de poissons et d'autres êtres vivants en sont morts.

Des chercheurs de l'ETH Zurich, de l'Université de Berne et de l'Université de Tasmanie ont étudié cet événement extrême sous une nouvelle perspective gr?ce à un modèle océanique à haute résolution. L'équipe internationale, dirigée par Nicolas Gruber, professeur de physique environnementale à l'ETH Zurich, conclut que les températures élevées de l'eau n'ont pas été les seules responsables de l'extinction massive, mais qu'une combinaison d'événements extrêmes s'est probablement produite simultanément.

Les extrêmes combinés sont particulièrement dangereux

Avec leur modèle, les chercheurs ont reproduit l'évolution temporelle du blob et ont pour la première fois étudié conjointement la température, l'acidité (pH) et la teneur en oxygène de l'eau de mer. Les simulations informatiques montrent qu'au plus fort de la canicule de juillet 2015, un taux d'acidité extrême et un manque d'oxygène s'étaient également répandus à grande échelle dans la région touchée du nord-est de l'océan Pacifique.

Dans certaines régions, par exemple au large des c?tes de l'Oregon, de Washington et de la Colombie-Britannique, ce n'est donc pas simplement une vague de chaleur qui s'est produite, mais un événement extrême combiné, concluent les chercheurs de l'ETH. "Lorsque les organismes marins sont confrontés à plusieurs facteurs de stress en même temps, il leur est plus difficile de s'acclimater", explique Nicolas Gruber. "Pour une espèce de poisson qui vit déjà à la limite supérieure de sa plage de température optimale, un manque d'oxygène supplémentaire peut signifier la mort".

Dans leur étude qui vient de para?tre dans la revue spécialisée Nature, les chercheurs appellent donc à accorder plus d'attention aux événements extrêmes combinés en mer. "Pour évaluer les risques de tels événements, il est urgent de mieux étudier l'encha?nement de différents facteurs environnementaux - et ce non seulement par rapport aux événements survenant dans certaines régions, mais à l'échelle mondiale", conclut le professeur de l'ETH.

La distribution mondiale étudiée pour la première fois

Les auteurs de la présente étude ont déjà fait un premier pas dans cette direction. En plus du blob, ils ont analysé, à l'aide d'un modèle climatique global, où et à quelle fréquence des événements extrêmes - séparés en vagues de chaleur et en situations de forte acidité et de manque d'oxygène - se produisent et quelle est leur intensité.

Pour mettre en évidence l'influence du changement climatique, les chercheurs ont simulé les événements extrêmes pour la période allant de 1861 à 2020 et ont comparé cette situation avec celle de l'époque préindustrielle. Le résultat est clair : à l'échelle mondiale, le nombre annuel de jours de chaleur à la surface de l'océan a été multiplié par dix, passant d'environ quatre à 40 jours. Le nombre de jours de manque d'oxygène dans les profondeurs marines a été multiplié par cinq.

La situation est encore plus grave pour les extrêmes à forte acidité. Ici, une situation extrême quasi permanente s'est déjà installée par rapport à l'époque préindustrielle. "Cela montre à quel point le changement climatique est déjà avancé dans l'océan", explique Thomas Fr?licher, professeur à l'université de Berne et coauteur de l'étude.

Sur une carte du monde, les chercheurs montrent en outre dans quelles régions maritimes se produisent les événements extrêmes les plus forts - et ce aussi bien à la surface de la mer qu'à 200 mètres de profondeur. La résolution spatiale des événements au sein de la colonne d'eau est importante, car les possibilités d'évitement des êtres vivants concernés sont ainsi encore plus limitées, soulignent les auteurs de l'étude.

On sait peu de choses sur les communautés d'espèces marines.

Les chercheurs ne peuvent toutefois pas évaluer en détail les conséquences écologiques des événements extrêmes. Ce qui est clair, c'est que les extrêmes ont généralement un impact plus fort sur les habitants des océans que les changements climatiques qui progressent lentement. En effet, l'apparition soudaine des changements environnementaux rend impossible de nombreuses formes d'adaptation.

Les simulations ne peuvent toutefois que commencer à représenter l'état des écosystèmes marins. Elles ne rendent pas encore justice à la complexité des processus biologiques et écologiques. "Nos modèles ne font par exemple qu'une distinction extrêmement limitée entre les différentes espèces d'algues et de zooplancton", explique Meike Vogt, scientifique dans le groupe de Gruber. Cette différenciation serait pourtant importante, car différentes espèces se distinguent fortement par leur résistance aux extrêmes.

"Nous savons par les forêts suisses que le hêtre supporte moins bien la sécheresse que le pin par exemple", explique le professeur Gruber de l'ETH. En revanche, on en sait encore beaucoup trop peu sur les écosystèmes des grandes régions marines. "? propos de la composition des espèces dans les différentes régions marines, il nous manque des connaissances à grande échelle. Ce n'est que lorsque nous aurons cette base que nous pourrons déterminer l'influence du changement climatique et des extrêmes", conclut Vogt.

Une chose est cependant claire : si le changement climatique continue à progresser aussi rapidement, les événements extrêmes - isolés ou combinés à d'autres - augmenteront fortement. Avec une meilleure base de données et un travail de recherche intensif, il serait possible de prendre des mesures de protection climatique plus appropriées.

"De la même manière qu'il existe déjà des zones protégées internationales en haute mer, on pourrait épargner les zones touchées par des événements extrêmes en interdisant la pêche", explique Gruber. Cela a déjà été fait dans le cas du Blob. Mais une interdiction de pêche seule ne suffira guère ; d'autres mesures sont urgentes, souligne le professeur de l'ETH. "Le temps presse !"