Neuf “points de bascule” qui pourraient être déclenchés par le changement climatique
La marche persistante d’un climat en réchauffement se manifeste par une multitude de changements continus et progressifs. Les niveaux de CO2 dans l’atmosphère. La teneur en chaleur des océans. L’élévation du niveau de la mer à l’échelle mondiale. Chacune s’élève d’année en année, alimentée par les émissions de gaz à effet de serre d’origine humaine. Et si les records climatiques sont régulièrement battus, l’impact cumulatif de ces changements pourrait également entraîner des changements radicaux et irréversibles dans des parties fondamentales du système terrestre.
Ces “points de bascule” sont des seuils où un changement minuscule pourrait faire basculer un système dans un état complètement nouveau.
Imaginez un enfant qui se pousse du haut d’un toboggan de terrain de jeu. Il y a un point au-delà duquel il est trop tard pour que l’enfant s’empêche de glisser. Passez ce seuil et l’enfant continue inévitablement vers un état différent — en bas du toboggan plutôt qu’en haut.
Dans cet article, Carbon Brief explore neuf points de bascule clés à travers le système terrestre, de l’effondrement des calottes glaciaires et du dégel du permafrost, au déplacement des moussons et au dépérissement des forêts.
Traduction de Frederic Verboogen
https://www.carbonbrief.org/explainer-nine-tipping-points-that-could-be-triggered-by-climate-change
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Chapitres :
La Tour Infernale
Un changement irréversible ?
1. Arrêt de la circulation méridionale de retournement de l’Atlantique
2. Désintégration de la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental
3. Dépérissement de la forêt tropicale amazonienne
4. Déplacement de la mousson ouest-africaine
5. Pergélisol et hydrates de méthane
6. Mort des récifs coralliens
7. Déplacement de la mousson indienne
8. Désintégration de la calotte glaciaire du Groenland
9. Déplacement de la forêt boréale
10. Autres points de bascule
La Tour Infernale
Un coup d’œil sur les médias d’une semaine donnée mettra probablement en évidence toutes sortes d’impacts du changement climatique. De la diminution de la glace de mer arctique et des vagues de chaleur record à la fonte des glaciers et à l’aggravation des sécheresses, l’augmentation de la température moyenne mondiale se fait sentir dans le monde entier.
En gros, ces impacts reflètent les changements progressifs causés par un climat qui se réchauffe régulièrement. Les scientifiques ont estimé, par exemple, que pour chaque tonne de CO2 émise dans l’atmosphère, la couverture de glace de mer d’été dans l’Arctique se réduit de trois mètres carrés.
Cependant, certaines parties du système terrestre sont susceptibles de changer brusquement en réaction au réchauffement. Ces systèmes ont des “points de bascule”, explique le professeur Tim Lenton, directeur du Global Systems Institute de l’université d’Exeter. Il explique à Carbon Brief :
“Un point de bascule climatique, ou tout autre point de bascule dans un système complexe, est le moment où un petit changement fait une grande différence et change l’état ou le destin d’un système”.
Ainsi, plutôt qu’un réchauffement un peu plus important provoquant des vagues de chaleur légèrement plus fortes ou une plus grande fonte des glaciers, il provoque un changement radical de tout un système. Ce réchauffement supplémentaire serait, comme le dit le proverbe, la paille qui brise le dos du chameau (équivalent anglais de l’expression : “la goutte d’eau qui fait déborder le vase”). Ou, pour utiliser une métaphore plus respectueuse des animaux, un jeu de Jenga — où un élément particulier du système terrestre, comme une calotte glaciaire, un modèle de circulation ou un écosystème, est représenté par la tour de blocs.
https://www.carbonbrief.org/wp-content/uploads/2020/02/jenga-stack_2.mp4
L’augmentation progressive de la température mondiale fait que les blocs sont retirés de la tour et placés au sommet. Au fil du temps, la tour devient de plus en plus difforme et instable. À un moment donné, la tour ne peut plus se supporter et elle se renverse.
Dans le jeu du Jenga, la tour s’effondre en une fraction de seconde. Pour un élément du système terrestre, le passage d’un état physique à un autre peut prendre plusieurs décennies ou siècles. Mais leur point commun est qu’une fois que l’effondrement a commencé, il est pratiquement impossible de l’arrêter.
Il convient de noter qu’un point de bascule peut être causé par les fluctuations naturelles du climat ainsi que par un forçage externe, tel que le réchauffement climatique. Il s’agit des points de bascule “induits par le bruit” et comprennent, par exemple, les périodes de changement brutal pendant la dernière période glaciaire appelées “événements Dansgaard-Oeschger (D-O)”.
Les fluctuations naturelles peuvent également être le dernier petit coup du seuil critique poussé au bord du gouffre par le changement climatique anthropique, déclare le professeur Mat Collins, titulaire de la chaire conjointe du Met Office sur le changement climatique à l’université d’Exeter et auteur principal coordinateur du chapitre “Extrêmes, changements brusques et gestion des risques” du rapport spécial du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) sur l’océan et la cryosphère dans un climat en évolution (“SROCC”). Il nous explique :
“Lorsque vous vous approchez du bord de la falaise, une petite bourrasque aléatoire est plus susceptible de vous faire basculer dans le vide. Cette situation est plus fréquente dans les systèmes biologiques. Une forte vague de chaleur marine en un an peut anéantir un grand écosystème corallien pendant plusieurs décennies, voire de façon permanente. La vague de chaleur est le résultat de fluctuations naturelles, mais elle devient plus probable et plus extrême avec une tendance moyenne à la hausse”.
Un changement irréversible ?
La théorie des changements potentiellement abrupts dans le système terrestre n’est pas nouvelle. Dans un commentaire de Nature en 1987, par exemple, le professeur Wally Broecker de l’université de Columbia — décédé en 2019 — a averti que les données paléo climatiques suggèrent que “le climat de la Terre ne réagit pas au forçage de manière lisse et progressive. Au contraire, il réagit par des sauts brusques qui impliquent une réorganisation à grande échelle du système terrestre”.
Le terme “point de bascule” lui-même a été popularisé par le journaliste et auteur Malcolm Gladwell dans son livre du même nom, publié en 2000. Gladwell décrit les points de bascule comme “le moment de la masse critique, le seuil, le point d’ébullition”, et explore des exemples dans toute la société humaine :
“Il y a eu un point de bascule pour la criminalité violente à New York au début des années 1990, et un point de basculement pour la réémergence des Hush Puppies, tout comme il y a un point de bascule pour l’introduction de toute nouvelle technologie.
Depuis, le terme est de plus en plus utilisé dans les milieux scientifiques. Cependant, cela n’a pas été sans controverse. Il existe, par exemple, de nombreux points de vue différents sur la façon dont le terme devrait être défini et utilisé, explique Collins :
“Il y a eu un débat intense à propos des points de bascule, des changements brusques et de l’irréversibilité, des définitions de ces termes. Elles vont de celles qui sont très mathématiques à celles qui sont destinées à être comprises par les décideurs politiques”.
Selon un document de 2009 sur l’utilisation du terme “points de bascule” dans la science du climat et les médias, une présentation (PDF) en 2005 par le Dr James Hansen de l’Institut de la Terre de l’Université de Columbia a contribué à “initier l’émergence du “point de bascule” dans la communication sur le changement climatique qui a été rapidement reflétée dans le débat public”.
Dans son discours — un hommage au scientifique le Prof. Charles Keeling, donné lors de la réunion d’automne de l’Union géophysique américaine (AGU) — Hansen a averti que “nous sommes au bord du précipice des points de bascule du système climatique au-delà desquels il n’y a pas de rédemption”.
Lors de sa réunion d’automne 2008, l’AGU a consacré une demi-journée entière aux points de basculement climatiques. Un briefing scientifique sur la réunion a déclaré que “les points de basculement, autrefois considérés comme trop alarmistes pour les cercles scientifiques appropriés, ont fait leur entrée dans le courant dominant du changement climatique”.
Un an auparavant, le GIEC avait publié son quatrième rapport d’évaluation (“AR4”, pdf). C’était le premier de ses rapports d’évaluation à utiliser le terme “point de basculement” — bien que le troisième rapport d’évaluation (“TAR”, pdf) en 2001 ait discuté des “discontinuités à grande échelle” qui ont le “potentiel de déclencher des changements à grande échelle dans les systèmes terrestres”. En effet, s’adressant à un journaliste de l’époque, l’auteur principal du chapitre, le professeur Hans Joachim Schellnhuber, a expliqué que “ce sont plus ou moins des points de bascule”.
Le RE4 a adopté une définition du point de bascule basée sur un rapport de 2002 dirigé par le professeur Richard Alley, scientifique de Penn State, pour le Conseil national de la recherche des États-Unis. Il déclare :
“Techniquement, un changement climatique abrupt se produit lorsque le système climatique est contraint de franchir un certain seuil, déclenchant une transition vers un nouvel état à un rythme déterminé par le système climatique lui-même et plus rapidement que la cause”.
La définition du GIEC dans son cinquième rapport d’évaluation (“AR5”, PDF), publié en 2013- 14, donne plus de détails :
“Nous définissons un changement climatique brutal comme un changement à grande échelle du système climatique qui se produit sur quelques décennies ou moins, persiste (ou devrait persister) pendant au moins quelques décennies, et provoque des perturbations importantes dans les systèmes humains et naturels”.
En général, les définitions d’un point de bascule se divisent en deux catégories, explique le Dr Ricarda Winkelmann, professeur junior d’analyse des systèmes climatiques à l’Institut de Potsdam pour la recherche sur les impacts climatiques (PIK). Elle explique à Carbon Brief :
“L’un d’eux est simplement qu’une partie vitale du système climatique présente une sorte d‘effet de seuil et cela signifie qu’une petite perturbation autour de cet élément peut provoquer un énorme changement qualitatif. Et puis il y a une autre définition qui dit en fait qu’il doit y avoir un mécanisme de rétroaction positive associé à l’élément. Cela signifie donc qu’il y a quelque chose qui se renforce automatiquement et qui pourrait également entraîner des changements irréversibles”.
Passer un point de bascule irréversible signifierait qu’un système ne reviendrait pas à son état initial même si le forçage diminue ou s’inverse, explique le Dr Richard Wood, qui dirige le groupe Climat, cryosphère et océans au Centre Hadley du Met Office. Il explique à Carbon Brief :
“Dans certains cas, il est prouvé qu’une fois que le système est passé à un autre état, si l’on supprime le forçage climatique, le système climatique ne revient pas simplement à son état initial — il reste dans son état modifié pendant un temps considérable, voire de façon permanente”.
C’est ce qu’on appelle l’”hystérésis”. Elle se produit lorsqu’un système subit une “bifurcation” — ce qui signifie qu’il se divise ou bifurque en deux branches — et qu’il est ensuite difficile, voire impossible, pour le système de revenir à son état antérieur.
Par exemple, si le Groenland a aujourd’hui une calotte glaciaire, c’est en partie parce qu’il l’a depuis des centaines de milliers d’années. Si la calotte glaciaire du Groenland devait passer un point de bascule qui conduirait à sa désintégration, la simple réduction des émissions et l’abaissement des températures mondiales à des niveaux préindustriels ne la ramèneraient pas à nouveau. Il faudrait probablement une autre période glaciaire pour y parvenir.
De même, pour revenir à l’analogie du Jenga, la quantité d’énergie nécessaire pour reconstruire la tour une fois qu’elle s’est effondrée est nettement supérieure à l’énergie utilisée pour la faire basculer.
La mesure dans laquelle les points de bascule considérés dans cet article sont irréversibles n’est qu’une des nombreuses incertitudes que les chercheurs continuent d’explorer. Néanmoins, chacun des neuf points de bascule — expliqués ci-dessous — sont des exemples de cas où des changements apparemment mineurs ont le potentiel collectif de porter un coup puissant.
Arrêt de la circulation méridionale de retournement de l’Atlantique
La circulation méridionale de retournement de l’Atlantique (AMOC) est un système de courants dans l’océan Atlantique qui amène de l’eau chaude en Europe depuis les tropiques et au-delà.
L’illustration ci-dessous montre les deux principales caractéristiques de l’AMOC : la première est le flux d’eau chaude et salée dans les couches supérieures de l’océan vers le nord à partir du golfe du Mexique (ligne rouge). Ce flux est constitué du “Gulf Stream” au sud et du “courant de l’Atlantique Nord” plus au nord. Le second est le refroidissement de l’eau dans les hautes latitudes de l’Atlantique, qui rend l’eau plus dense. Cette eau plus dense coule ensuite et retourne vers le sud en direction de l’équateur à des profondeurs beaucoup plus importantes (ligne bleue).
L’AMOC fait partie d’un réseau plus large de modèles de circulation océanique globale qui transporte la chaleur dans le monde entier. Elle est “alimentée par la formation des eaux profondes”, explique le professeur Stefan Rahmstorf, professeur de physique des océans à l’université de Potsdam et coprésident de l’analyse du système terrestre au PIK. Il s’agit de “l’enfoncement d’une eau dense, donc lourde, dans les hautes latitudes de l’Atlantique Nord”, explique-t-il à Carbon Brief.
Le changement climatique affecte ce processus en diluant l’eau de mer salée avec de l’eau douce et en la réchauffant, dit-il :
“La dilution se produit par l’augmentation des précipitations et aussi par la fonte de la glace continentale à proximité de la calotte glaciaire du Groenland principalement. Et cela rend l’eau plus légère et, par conséquent, incapable de couler — ou du moins moins moins capable de couler — ce qui, en gros, ralentit tout le moteur de la circulation globale de renversement”.
Des recherches récentes suggèrent que l’AMOC s’est déjà affaiblie d’environ 15% depuis le milieu du 20ème siècle. Cela correspond aux projections des modèles climatiques, déclare le Dr Richard Wood. Toutefois, la question demeure de savoir à quel moment un affaiblissement bascule en un arrêt complet, explique-t-il :
“Une cause de préoccupation peut-être beaucoup moins probable, mais plus importante, est de savoir s’il existe un seuil au-delà duquel l’AMOC devient insoutenable et à ce moment- là — si vous dépassez ce seuil — alors sur une certaine période de temps, l’AMOC pourrait se réduire à zéro ou même potentiellement une circulation inversée. Et cela aurait de grandes répercussions sur le climat de, eh bien, tout l’hémisphère nord, mais particulièrement l’Europe”.
Cet arrêt pourrait se produire parce que l’AMOC est un système auto-renforcé, explique Rahmstorf :
“La circulation elle-même amène de l’eau salée dans l’Atlantique de haute latitude et l’eau salée augmente la densité. On peut donc dire que l’eau est capable de couler parce qu’elle est salée et qu’elle est salée parce qu’il y a cette circulation. C’est donc comme un système auto- renforcé”.
Un tel système ne peut être poussé que “jusqu’à une limite”, explique M. Rahmstorf, après quoi le système d’auto-renforcement fonctionne en fait pour affaiblir davantage la circulation. Une trop grande quantité d’eau douce dans l’Atlantique Nord ralentit la circulation, l’empêchant de faire remonter l’eau salée du sud. Ainsi, l’Atlantique Nord se rafraîchit encore plus et la circulation s’affaiblit encore plus — et ainsi de suite. Il s’agit “d’un véritable système marche-arrêt”, ajoute-t-il.
Il y a encore beaucoup d’incertitude sur l’endroit exact de ce point de bascule, dit M. Rahmstorf. Dans la mesure où “personne ne le sait vraiment”, ajoute-t-il :
Mais, je dirais que la plupart des gens pensent que pour déclencher un véritable arrêt, il faudrait un réchauffement climatique important — comme 3C ou 4C [au-dessus des niveaux préindustriels]. Et nous pourrions très bien minimiser ce risque en limitant le réchauffement à moins de 2C. Donc, si nous prenons réellement l’accord de Paris au sérieux, je me sentirais relativement rassuré quant au risque d’un arrêt. Mais si nous continuons sur la voie actuelle et que nous nous dirigeons vers trois degrés ou plus, alors cela devient une préoccupation vraiment sérieuse”.
(Selon le Climate Action Tracker, les politiques climatiques mondiales actuelles mettent le monde sur la voie d’un réchauffement d’environ 3C).
Et il est “important de souligner que les modèles climatiques ne suggèrent pas un arrêt complet de l’AMOC dans les 100 prochaines années environ”, ajoute M. Wood : “Nous envisageons ce que nous appelons un événement “à faible probabilité et à fort impact””.
Le rapport spécial du GIEC sur le réchauffement de 1,5°C, par exemple, conclut que “il est très probable que l’AMOC s’affaiblisse au cours du 21ème siècle”, mais qu’”il n’y a pas de preuves indiquant des amplitudes significativement différentes de l’affaiblissement de l’AMOC pour 1,5°C contre 2°C de réchauffement global, ou d’un arrêt de l’AMOC à ces seuils de température globale”.
Si l’AMOC devait franchir un point de bascule, les modèles suggèrent qu’il déclencherait “un déclin rapide qui prendrait des décennies, puis une sorte de déclin plus lent qui pourrait même prendre des centaines d’années”, explique M. Wood.
Ce serait “pratiquement irréversible” sur l’échelle de temps humaine, note Rahmstorf :
“Selon la nature exacte de la stabilité de la circulation, elle pourrait être arrêtée pratiquement indéfiniment pendant des milliers d’années dans un nouvel état d’arrêt stable. Ou elle pourrait éventuellement se rétablir — deux choses que nous observons dans différents modèles. Mais, sur une échelle de temps, si vous vous intéressez simplement à ce qui se passera dans les 200–300 prochaines années environ, cela ne fait pas vraiment de différence parce qu’elle reste éteinte une fois qu’elle est morte pendant un certain temps”.
Cet état de “fermeture” est un exemple d’hystérésis, explique Wood dans la vidéo ci-dessous. Cela signifie qu’une fois que vous avez dépassé le point de bascule, même si le réchauffement climatique est arrêté ou inversé, l’AMOC ne se remet pas nécessairement en marche immédiatement.La calotte glaciaire de l’Antarctique occidental (WAIS) est l’une des trois régions qui composent l’Antarctique. Les deux autres sont l’Antarctique oriental et la péninsule antarctique, avec la chaîne de montagnes transantarctiques qui se divise entre l’est et l’ouest.
Bien que beaucoup plus petite que sa voisine à l’est, la WAIS contient encore suffisamment de glace pour faire monter le niveau mondial des mers d’environ 3,3 mètres. Par conséquent, même une perte partielle de sa glace suffirait à modifier radicalement les côtes du monde entier.
Comme l’AMOC joue un rôle crucial dans l’apport de chaleur depuis les tropiques, une fermeture provoquerait “un refroidissement généralisé dans tout l’hémisphère nord, mais particulièrement en Europe occidentale et sur la côte est de l’Amérique du Nord”, explique M. Wood. Cela pourrait être de l’ordre de “plusieurs degrés, peut-être 5C”, ajoute-t-il.
Ce refroidissement aurait des répercussions sur le régime des précipitations, car il y aurait moins d’évaporation de l’Atlantique Nord, dit M. Wood. Cela pourrait soit compenser, soit amplifier les changements causés par le réchauffement climatique, dit-il :
“Dans les régions septentrionales de l’Europe, on pourrait s’attendre à ce que le réchauffement climatique entraîne des hivers plus humides et que l’assèchement compense ensuite. Dans d’autres régions, plus au sud de l’Europe, où l’on s’attendrait déjà à voir un signal de séchage provenant du réchauffement climatique, donc paradoxalement, le refroidissement vous donnerait un séchage supplémentaire. Cela renforcerait donc le signal de changement climatique”.
Les répercussions seraient considérables. Par exemple, une étude récente publiée dans la nouvelle revue Nature Food suggère qu’une fermeture des AMOC entraînerait “l’arrêt généralisé des cultures arables” sur l’île de Grande-Bretagne avec “des pertes de production agricole qui sont d’un ordre de grandeur plus important que les impacts du changement climatique sans un effondrement des AMOC”.
En outre, il y aura des implications pour l’océan lui-même, note M. Rahmstorf :
“L’ensemble de l’écosystème de l’Atlantique Nord est adapté à l’existence de cette circulation de retournement, qui fixe réellement les conditions — le cycle saisonnier, la température, les conditions nutritives — dans l’Atlantique Nord, et donc le réseau complexe de l’écosystème atlantique sera considérablement perturbé si l’on permet un changement aussi massif de la circulation océanique”.
Enfin, les recherches suggèrent que l’effondrement de l’AMOC pourrait lui-même déclencher d’autres points de basculement. Comme l’explique le SROCC :
“Par exemple, un effondrement de l’AMOC pourrait induire des interactions causales telles que des changements dans les caractéristiques de l’ENSO [El Niño-oscillation australe], le dépérissement de la forêt amazonienne et le rétrécissement de la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental par effet de bascule, la migration vers le sud de la ZCIT [zone de convergence intertropicale] et un réchauffement important de l’océan Austral”.
Cependant, le SROCC note que “ce scénario du pire reste très peu contraint” en raison des grandes incertitudes sur la façon dont des systèmes tels que l’AMOC réagiront au réchauffement.
Désintégration de la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental
La calotte glaciaire de l’Antarctique occidental (WAIS) est l’une des trois régions qui composent l’Antarctique. Les deux autres sont l’Antarctique oriental et la péninsule antarctique, avec la chaîne de montagnes transantarctiques qui se divise entre l’est et l’ouest.
Bien que beaucoup plus petite que sa voisine à l’est, la WAIS contient encore suffisamment de glace pour faire monter le niveau mondial des mers d’environ 3,3 mètres. Par conséquent, même une perte partielle de sa glace suffirait à modifier radicalement les côtes du monde entier.
La stabilité à long terme de la WAIS est particulièrement préoccupante car il s’agit d’une calotte glaciaire “marine”. Comme l’explique le rapport spécial du GIEC sur l’océan et la cryosphère dans un climat en évolution (“SROCC”), cela signifie qu’il repose “sur un substrat rocheux qui se trouve en grande partie sous le niveau de la mer et qui est en contact avec la chaleur de l’océan, ce qui le rend vulnérable à une perte rapide et irréversible de glace”.
La carte ci-dessous montre l’altitude du substratum rocheux de l’Antarctique. Les verts, les jaunes et les rouges indiquent les zones situées au-dessus du niveau de la mer, tandis que les blancs et les bleus indiquent les zones situées en dessous — jusqu’à 2,5 km. Le WAIS lui-même a une épaisseur de plus de 4 km par endroits.
Agissant sous la force de gravité, la glace du WAIS s’écoule progressivement de son intérieur vers la côte et dans l’océan Austral. Des chutes de neige fraîches à l’intérieur de la calotte glaciaire reconstituent la glace perdue. Si la calotte glaciaire perd plus de glace dans l’océan qu’elle n’en gagne en neige, elle augmente le niveau des mers.
Par exemple, une analyse publiée dans Nature en 2018 a montré que le taux de perte de glace de la WAIS avait triplé, passant de 53 milliards de tonnes par an entre 1992 et 1997 à 159 milliards de tonnes par an en 2012–2017.
Là où la glace rencontre l’océan, des plates-formes de glace flottante se forment. Ces plates-formes de glace ont un effet de “renforcement”, en retenant les glaciers terrestres qui s’y déversent.
Situées à la surface de l’océan, les plates-formes de glace risquent de fondre par le haut et par le bas, respectivement à cause de l’air chaud et de l’eau. Dans la péninsule Antarctique, par exemple, des recherches ont montré que l’effondrement de la plate-forme glaciaire Larsen B en 2002 était principalement dû aux températures de l’air chaud. Alors que la plate-forme glaciaire Larsen C, qui “s’amincit rapidement”, est en train de fondre par le haut et par le bas.
Comme les plates-formes de glace flottent sur l’eau, leur effondrement ne provoque pas directement l’élévation du niveau de la mer. Mais l’amincissement et/ou l’effondrement des plates-formes de glace du WAIS pourrait déclencher une boucle de rétroaction positive qui verrait la perte rapide et irréversible de la glace terrestre dans l’océan — ce qui augmenterait le niveau de la mer. Cette théorie est appelée “instabilité des calottes glaciaires marines” (MISI).
L’illustration ci-dessous montre comment elle fonctionne. Lorsqu’une plate-forme de glace s’amincit, davantage de glace se détache du fond de la mer et commence à flotter. Cela repousse (voir les flèches bleues) la “ligne d’échouage” — le point de transition entre la glace échouée et la glace flottante (indiqué par des lignes pointillées). La glace flottante s’écoule plus rapidement que la glace échouée et le débit de la glace près de la ligne d’échouement augmente donc (flèches noires). Un écoulement plus rapide signifie un amincissement, qui peut à son tour provoquer le soulèvement et la flottaison d’une plus grande quantité de glace. Et comme une plus grande épaisseur entraîne également un écoulement plus rapide de la glace, le retrait de la ligne de fond dans les sections plus profondes de la calotte glaciaire peut également produire un écoulement plus rapide.
Ce qui fait de cette boucle de rétroaction positive est la pente rétrograde du substratum rocheux du WAIS. Non seulement une grande partie du substratum rocheux se trouve sous la calotte glaciaire sous le niveau de la mer, mais de grandes parties de celle-ci s’inclinent vers le bas en s’éloignant de la côte. Cela signifie qu’une fois que le recul de la calotte glaciaire a atteint ce point, elle est auto-entretenue.
Il existe également un mécanisme supplémentaire de boucle de rétroaction qui pourrait mettre davantage en danger le WAIS. Il s’agit de l’instabilité des falaises de glace marine (MICI), qui verrait de hautes falaises de glace de glacier s’effondrer dans l’océan sous leur propre poids. La théorie est encore en débat).
En termes de comportement au point de basculement, la plupart des recherches se sont concentrées sur le secteur de la mer d’Amundsen du WAIS dans lequel six glaciers se déversent. Dès les années 1980, cette région a été identifiée comme le “ventre faible” de la WAIS. Ici, la glace échouée s’écoule directement dans l’océan sans qu’aucune barrière de glace significative ne la retienne.
La contribution de l’Antarctique au niveau mondial des mers est actuellement dominée par la perte de glace des glaciers du secteur maritime d’Amundsen. Des sections des glaciers de Thwaites et de Pine Island, par exemple, s’amincissent à un rythme de 49 et 45 cm par an, respectivement, en moyenne sur la période 1992–2017.
Les recherches indiquent que les glaciers de ce secteur “subissent une instabilité de la calotte glaciaire marine qui contribuera de manière significative à l’élévation du niveau de la mer dans les décennies et les siècles à venir”.
Par exemple, des simulations de modèles dans une étude de 2014 dans Science ont suggéré que “le processus de déstabilisation de la calotte glaciaire marine est déjà en cours sur le glacier Thwaites”. L’étude note :
“Bien que les pertes [de glace] soient susceptibles d’être relativement modestes au cours du prochain siècle (<0,25 mm/an d’équivalent niveau de la mer, SLE), un effondrement rapide (>1 mm/an de SLE) se produira une fois que la ligne d’échouage aura atteint les régions plus profondes du bassin, ce qui pourrait se produire dans les siècles à venir”.
Cet effondrement rapide “se répercuterait probablement sur les bassins versants adjacents, sapant une grande partie de l’Antarctique occidental”, ajoute l’étude.
Le SROCC est également un peu plus circonspect dans ses conclusions. Elle affirme que la perte rapide de masse due à l’accélération du flux des glaciers dans cette région “pourrait indiquer le début du MISI”. Cependant, elle note également que “les données d’observation ne sont pas encore suffisantes pour déterminer si ces changements marquent le début d’un recul irréversible”.
Le professeur Tim Lenton explique à Carbon Brief que la question de savoir si tout ou partie de la WAIS a déjà passé le point de basculement pour une perte irréversible est “la grande préoccupation du moment” en raison de l’élévation du niveau de la mer qu’elle entraînerait.
Dans l’ensemble, l’évaluation du SROCC de “l’effondrement partiel de la calotte glaciaire de l’ouest de l’Antarctique” est qu’il est potentiellement abrupt et serait “irréversible pendant des décennies à des millénaires”. Il attribue un “faible niveau de confiance” à un effondrement au cours du 21e siècle.
Un document d’analyse de Nature Climate Change publié en 2018 a conclu que “sous un réchauffement soutenu, un seuil clé pour la survie des plates-formes de glace de l’Antarctique, et donc la stabilité de la calotte glaciaire, semble se situer entre 1,5 et 2C de température annuelle moyenne de l’air au-dessus de la température actuelle”.
Ce seuil de température fait référence au réchauffement régional de l’Antarctique, plutôt qu’à une moyenne mondiale. Cependant — comme l’explique l’auteur principal, le professeur Frank Pattyn, dans Carbon Brief — comme les pôles se réchauffent plus rapidement que la moyenne mondiale, 2C de réchauffement sur l’Antarctique par rapport à aujourd’hui équivaut approximativement à 2C de réchauffement global depuis les niveaux préindustriels.
Pattyn, glaciologue et co-directeur du Laboratoire de glaciologie de l’Université libre de Bruxelles, note également qu’un point de basculement pour la WAIS “n’est pas clairement défini”. Faisant référence aux différents scénarios d’émissions “Representative Concentration Pathway”, il ajoute :
“Des études montrent que sous le RCP2.6, les nappes glaciaires continuent de perdre de la masse mais semblent stables, tandis que pour le RCP4.5, on observe dans certains cas une perte de masse irréversible. Cependant, seules quelques études prennent en compte l’ensemble des PCR et la plupart d’entre elles ne comparent que le PCR2.6 au PCR8.5”.
Glossaire
RCP2.6 :
Les RCP (Representative Concentration Pathways) sont des scénarios de concentrations futures de gaz à effet de serre et d’autres forçages.
Le RCP2.6 (aussi parfois appelé “RCP3-PD”) est un scénario de “pic et déclin” dans lequel des technologies d’atténuation rigoureuses et d’élimination du dioxyde de carbone signifient que la concentration atmosphérique de CO2 atteint un pic puis diminue au cours de ce siècle. D’ici 2100, les niveaux de CO2 augmentent pour atteindre environ 420 ppm — soit environ 20 ppm de plus que les niveaux actuels — ce qui équivaut à 475 ppm une fois les autres forçages inclus (en CO2e). D’ici 2100, les températures mondiales devraient augmenter de 1,3 à 1,9 °C par rapport aux niveaux préindustriels.
RCP4.5 :
Les RCP (Representative Concentration Pathways) sont des scénarios de concentrations futures de gaz à effet de serre et d’autres forçages.
Le RCP4.5 est un “scénario de stabilisation” dans lequel des politiques sont mises en place pour que la concentration atmosphérique de CO2 se stabilise vers le milieu du siècle, bien que les températures ne se stabilisent pas avant 2100. Ces politiques comprennent un passage à des technologies énergétiques à faible teneur en carbone et le déploiement du captage et du stockage du carbone. Dans le scénario RCP4.5, le CO2 atmosphérique s’établit à 540 ppm d’ici 2100, soit environ 140 ppm de plus qu’aujourd’hui, ce qui équivaut à 630 ppm si l’on tient compte des autres forçages (en CO2e). D’ici 2100, les températures mondiales devraient augmenter de 2 à 3 °C par rapport aux niveaux préindustriels.
RCP8.5 :
Les RCP (Representative Concentration Pathways) sont des scénarios de concentrations futures de gaz à effet de serre et autres forçages. Le RCP8.5 est un scénario d’émissions “de très haute base” provoqué par une croissance démographique rapide, une forte demande en énergie, une domination des combustibles fossiles et une absence de politiques de lutte contre le changement climatique. Ce scénario est le plus élevé des PCR et prévoit une augmentation du CO2 atmosphérique d’environ 935 ppm d’ici 2100, ce qui équivaut à 1 370 ppm une fois les autres forçages inclus (en CO2e). La fourchette probable des températures mondiales d’ici 2100 pour le RCP8.5 est de 4,0 à 6,1°C au-dessus des niveaux préindustriels. La publication des “Shared Socioeconomic Pathways” (SSP) a introduit un certain nombre de scénarios supplémentaires “sans nouvelle politique”, ce qui signifie que le RCP8.5 n’est plus la seule option disponible pour les chercheurs en tant que voie de non-atténuation haut de gamme.
Les preuves du passé lointain de la Terre suggèrent également que le WAIS s’est déjà effondré auparavant. Par exemple, un document de synthèse sur les géosciences de la nature datant de 2011 note
“Le paléoclassicisme suggère fortement que le WAIS a largement disparu, peut-être au cours des quelques centaines de milliers d’années passées et plus sûrement au cours des quelques millions d’années passées, en réponse à un réchauffement similaire ou inférieur à celui prévu dans les scénarios d’émissions de CO2 du statu quo pour les prochains siècles”.
Le déclin de la forêt tropicale amazonienne
La forêt amazonienne est la plus grande forêt tropicale humide du monde. Elle s’étend sur neuf pays d’Amérique du Sud et fait deux fois la taille de l’Inde. La végétation luxuriante est un refuge pour des millions d’espèces de plantes, d’insectes, d’oiseaux et d’animaux.
Comme son nom l’indique, une forêt tropicale humide est soutenue par des conditions très humides. Mais la forêt elle-même joue un rôle essentiel dans le climat local. Comme la forêt est saturée de fortes pluies, une grande partie de cette humidité est renvoyée dans l’atmosphère par évaporation. De plus, la transpiration de l’humidité des feuilles des plantes transfère l’eau du sol dans l’atmosphère. Ces deux processus combinés sont appelés “évapotranspiration”.
Ces processus maintiennent l’humidité de l’atmosphère, mais contribuent également à la convection — un fort mouvement ascendant de l’air — qui, en fin de compte, crée des nuages et davantage de précipitations. Des recherches publiées dans les années 1970 ont montré que l’Amazonie génère environ la moitié de ses propres précipitations.
Il en résulte que la réduction des précipitations ou de la superficie des forêts peut faire basculer le climat dans un état plus sec qui ne peut pas supporter une forêt tropicale humide. Il y a trois causes potentielles à cela, explique le professeur Richard Betts, responsable des impacts climatiques au Centre Hadley du Met Office et titulaire de la chaire sur les impacts climatiques à l’université d’Exeter.
La première est une diminution des précipitations en réponse à un réchauffement du climat. Les projections des modèles suggèrent que cela serait le résultat de “modèles particuliers de changement de la température de surface de la mer (TSM) dans l’Atlantique et le Pacifique tropicaux”, dit Betts, mais il y a beaucoup de variations entre les modèles quant à l’importance de l’impact sur l’Amazone. La seconde est une réponse à la réduction de la transpiration en réponse à l’augmentation du CO2, selon Betts :
“Les pores microscopiques des feuilles des plantes s’ouvrent moins largement sous l’effet d’une augmentation du CO2. Les plantes perdent donc moins d’eau et moins de transpiration signifie moins d’eau retournant dans l’atmosphère”.
Enfin, la troisième cause serait l’impact direct de la déforestation — moins d’arbres signifie moins d’évapotranspiration et moins d’humidité dans l’atmosphère.
L’Amazonie ne pourra pas tolérer un assèchement aussi important avant que la forêt tropicale ne soit plus capable de subvenir à ses besoins. Au-delà de ce point, la forêt connaîtrait un “dépérissement” généralisé et une transition vers la savane — un écosystème plus sec dominé par des prairies ouvertes avec peu d’arbres.
Dans le clip ci-dessous, Betts résume comment l’Amazonie pourrait être poussée “au-delà du point de non-retour”.
Le Dr David Lapola, chercheur à l’Université de Campinas au Brésil, met en garde contre le fait que, s’il est “raisonnable de penser que la déforestation et les incendies pourraient bien sûr contribuer à atteindre ce point de basculement [du dépérissement de l’Amazonie]”, l’hypothèse repose principalement sur des simulations de modèles. Il explique à Carbon Brief :
Il se trouve que les mêmes simulations montrent que si le soi-disant “effet de fertilisation par le CO2” — en tant que facteur de base de la photosynthèse, lorsque le CO2 atmosphérique augmente, il améliore théoriquement la productivité des plantes — existe réellement et s’exprime en Amazonie, alors il contrebalancerait les effets néfastes de la hausse des températures et de la baisse des précipitations, laissant la forêt essentiellement dans l’état où elle se trouve actuellement. Le problème est que nous n’avons pas de preuves expérimentales prouvant l’existence, l’ampleur et la durée d’un tel effet de fertilisation par le CO2 sous les tropiques”.
S’il existe effectivement un seuil, où pourrait-il se situer ? Selon Betts, “3C est le niveau de réchauffement le plus bas qui pourrait le déclencher, mais il pourrait nécessiter un réchauffement beaucoup plus important”.
Un éditorial de Science Advances publié l’année dernière par le professeur Carlos Nobre de l’Institut des études avancées de l’Université de Saõ Paulo et le professeur Thomas Lovejoy de l’Université George Mason a noté que “de nombreuses études montrent qu’en l’absence d’autres facteurs contributifs, les 4C du réchauffement climatique seraient le point de basculement vers des savanes dégradées dans la plupart des régions du centre, du sud et de l’est de l’Amazonie”.
L’un de ces facteurs est la déforestation, qui pourrait accélérer le passage à la savane, car “une forêt fragmentée est probablement plus sensible à la réduction des précipitations due au réchauffement climatique”, selon Betts.
Dans une récente interview accordée à Yale Environment 360, Nobre explique qu’il a “publié un article à ce sujet dans Science en 1990 qui disait que si nous déboisons certaines parties de l’Amazonie, celle-ci deviendra une savane”. Il ajoute :
“Le climat post-déforestation ne sera plus un climat très humide comme celui de l’Amazonie”. Il deviendra plus sec, il aura une saison sèche beaucoup plus longue, comme les longues saisons sèches dans les savanes des tropiques en Afrique, en Amérique du Sud et en Asie”.
Sans le réchauffement climatique, le point de basculement du dépérissement de l’Amazonie pourrait être reah “si vous dépassez 40% de la superficie totale déboisée en Amazonie”, dit Nobre :
“Environ 60 à 70 % de la forêt amazonienne se transformerait en savane sèche, en particulier dans le sud et le nord de l’Amazonie, zones qui bordent aujourd’hui les savanes. Seule l’Amazonie occidentale, près des Andes, qui est très pluvieuse, conservera sa forêt”.
Nobre estime qu’environ 17% de la forêt amazonienne a été défrichée jusqu’à présent — principalement pour l’élevage de bétail et les plantations de soja. Si les taux de déforestation ont ralenti au début du 21e siècle, ils ont récemment rebondi. En Amazonie brésilienne, par exemple, le défrichement a diminué de deux tiers entre 2005 et 2011, mais en 2018, les taux annuels ont atteint leur plus haut niveau en dix ans. En 2019, la déforestation a de nouveau augmenté, avec des taux supérieurs de 85 % à ceux de 2018.
Des rapports suggèrent qu’un changement de politique sous la présidence de Jair Bolsonaro encourage le développement aux dépens de la forêt tropicale.
La prise en compte du changement climatique et de “l’utilisation généralisée du feu” rapproche le point de bascule, affirment Lovejoy et Nobre dans leur éditorial. Ils estiment qu’un “point de basculement du système amazonien vers des écosystèmes non forestiers dans l’est, le sud et le centre de l’Amazonie [se situe] à 20–25% de déforestation”. Nobre a récemment déclaré au Guardian que cela pourrait se produire “dans 15 à 20 ans”.
Il n’y a “aucun intérêt à découvrir le point de bascule précis en le faisant basculer”, selon leur éditorial, mais plutôt à “reconstituer une marge de sécurité… en réduisant la zone déboisée à moins de 20 %”.
Les conséquences de la perte de la forêt amazonienne se feraient sentir au niveau local et mondial. En plus d’être une “catastrophe” écologique pour la faune, les dommages socio-économiques pour la région pourraient s’élever à 0,9–3,6 milliards de dollars sur une période de 30 ans.
“La réduction de l’évaporation et de la convection modifierait la circulation atmosphérique dans le monde entier”, déclare Betts, ce qui influencerait les régimes météorologiques dans le monde entier.
Le dépérissement de l’Amazonie rendrait également plus difficile la lutte contre le changement climatique, note-t-il :
“La libération accrue de CO2 par les feux de forêt et la mort des arbres accélérerait la hausse du CO2, et avec la disparition de la forêt, nous aurions également perdu un important puits de carbone, ce qui signifierait que des réductions d’émissions plus importantes seraient nécessaires pour arrêter la hausse du CO2 atmosphérique”.
Il y a déjà des “signaux inquiétants” de changements en Amazonie, affirment Lovejoy et Nobre dans un autre éditorial de Science Advances publié en décembre 2019 :
“Les saisons sèches dans les régions amazoniennes sont déjà plus chaudes et plus longues. Les taux de mortalité des espèces de climat humide augmentent, tandis que les espèces de climat sec font preuve de résilience. La fréquence croissante de sécheresses sans précédent en 2005, 2010 et 2015/16 indique que le point de basculement est proche”.
M. Lapola reconnaît que “nous observons peut-être déjà” un changement dans le système amazonien. Il explique :
“Première preuve : une étude a montré que la saison sèche s’allonge déjà — de quelques jours au cours de la dernière décennie — dans le sud de l’Amazonie (Mato Grosso et Rondonia). Deuxième preuve : une étude récente a montré que la composition des forêts évolue déjà vers des espèces d’arbres plus résistantes à la sécheresse. Cela suggère que le dépérissement est peut-être plus subtil qu’on ne le pensait, mais pas moins catastrophique”.
Le cinquième rapport d’évaluation du GIEC (“AR5”, pdf) décrit le dépérissement des forêts tropicales comme “potentiellement abrupt”, mais “réversible en quelques siècles”. Alors que dans un récent article de Nature “vision du monde”, Nobre écrit qu’une récupération à partir d’un point de basculement de l’Amazonie serait “probablement impossible”.
Quant à savoir si un renversement serait réalisable, il serait pour le moins lent, ajoute Betts :
“Le reboisement ou la repousse naturelle dans des endroits où l’assèchement est moins sévère pourrait contribuer à augmenter à nouveau les niveaux de précipitations. La perte de forêts au passage du basculement serait cependant plus rapide — la perte de forêts peut être assez rapide par le feu et la mort des arbres, mais le retour est plus lent car il est limité par la vitesse de croissance des nouveaux arbres”.
Déplacement de la mousson ouest-africaine
Le terme “mousson”, au sens strict, désigne l’inversion saisonnière des vents et des précipitations qui l’accompagnent. Avec l’Inde, l’Afrique de l’Ouest est l’un des rares endroits sur Terre où cela se produit.
La mousson ouest-africaine (MAO) apporte des précipitations en Afrique de l’Ouest et au Sahel — une bande de prairies semi- arides prise en sandwich entre le désert du Sahara au nord et les forêts tropicales au sud. Le Sahel s’étend de la côte atlantique de la Mauritanie et du Sénégal jusqu’au Soudan, à l’Érythrée et à la mer Rouge.
Le WAM est une caractéristique de l’été de l’hémisphère nord. La saison sèche en Afrique de l’Ouest, qui s’étend de novembre à mai, voit les vents dominants “venir du désert, donc ce sont des vents secs et poussiéreux”, explique le Dr Alessandra Giannini, chercheur principal à l’Université de Columbia (actuellement au Laboratoire de Météorologie Dynamique à Paris dans le cadre d’une subvention “Make Our Planet Great Again”). Le passage à la saison des pluies entraîne un changement de système, explique-t-elle à Carbon Brief :
“Lorsque le système s’inverse, la basse pression sur le Sahara — ou sur la terre [plus généralement] — entraîne des vents du sud-ouest vers l’intérieur des terres et ce sont des vents humides parce qu’ils viennent de l’océan”.
L’humidité que les vents apportent dans la région fait partie de la Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT), une énorme ceinture de basse pression qui encercle la Terre près de l’équateur. En fin de compte, la mousson est poussée par l’insolation, explique Giannini, car la ZCIT se déplace chaque année vers le nord et le sud à travers les tropiques, en suivant approximativement la position du soleil au fil des saisons.
(Giannini souligne que, si la ZCIT et la mousson “font partie de la même saison et de la même migration latitudinale de la bande de pluie”, certains chercheurs préfèrent “distinguer la ZCIT au-dessus de l’océan de la mousson à l’intérieur des terres” et n’utilisent donc pas les termes de manière interchangeable).
Le Sahel marque la position la plus septentrionale de la ZCIT et la mousson apporte des pluies dans la région de juin à septembre environ.
Mais la mousson d’Afrique de l’Ouest est notoirement peu fiable. Entre la fin des années 1960 et les années 1980, le manque de pluie a frappé une grande partie du Sahel, les précipitations moyennes ayant diminué de plus de 30 % sur la majeure partie de la région par rapport aux années 1950. Cela a plongé la région dans une sécheresse prolongée, contribuant à une famine qui a tué des dizaines de milliers de personnes et déclenchant un effort d’aide internationale.
C’est le document scientifique de Giannini de 2003 qui a identifié que la cause de la sécheresse se trouvait principalement dans les TSM chaudes autour de l’Afrique, et non dans la désertification causée par les agriculteurs et une population en expansion. (Des travaux antérieurs avaient montré le lien entre les TSM et la variabilité des précipitations au Sahel de manière plus générale).
Les températures chaudes de l’océan ont réduit le contraste de température entre le continent pendant l’été chaud et les eaux environnantes plus fraîches. Les pluies de la mousson se sont ainsi déplacées vers le sud, s’éloignant du Sahel, ce qui a provoqué une sécheresse. L’effet a été renforcé par la “rétroaction climat-végétation”, où les conditions plus sèches ont entraîné une diminution de la croissance de la végétation, une réduction de l’évapotranspiration et encore moins de précipitations.
Des recherches ultérieures menées par Giannini ont montré que la combinaison du réchauffement des océans tropicaux (en réponse à l’augmentation des gaz à effet de serre) et du refroidissement dans l’Atlantique Nord (en raison de la pollution atmosphérique provenant des pays de l’hémisphère nord) a entraîné l’assèchement du Sahel.
Les précipitations au Sahel ont depuis lors montré une récupération partielle. Cela est dû, en partie, au réchauffement du climat et à la réduction des taux de pollution de l’air. Ces changements montrent que le MAMA est un “système très sensible”, selon Giannini, et que le Sahel est le plus menacé parce qu’il se trouve en bordure de la mousson.
Le passé laisse également entendre qu’un point de basculement “est dans le système [WAM]”, dit Giannini :
“Donc, le changement passé — la brusque apparition de la sécheresse à la fin des années 60 et au début des années 70 — est une indication que le système est sensible et que cela pourrait se reproduire.”
La théorie suggère qu’un réchauffement du climat pourrait en fait apporter plus de précipitations au Sahel. Comme la terre se réchauffe plus vite que l’eau, la hausse des températures mondiales pourrait renforcer le contraste terre-mer qui contribue à pousser le MAMA vers le nord chaque année. Cela pourrait apporter plus de pluies au Sahel et, peut-être, voir la végétation revenir dans certaines parties méridionales du Sahara.
Il existe des preuves de changements similaires dans le passé lointain de la Terre. Au cours de la période humide africaine (AHP), il y a environ 11 000 à 5 000 ans, les oscillations naturelles de l’orbite terrestre autour du soleil — assistées par divers mécanismes de rétroaction — ont vu le WAM se renforcer, apportant des précipitations plus importantes en Afrique du Nord. Les données paléoclimatiques — telles que les sédiments lacustres — suggèrent que la région était largement recouverte de végétation et de lacs d’eau douce profonds à cette époque, ce qui a donné naissance au “Sahara vert”.
Des recherches ont suggéré que “le début et la fin de cette période humide ont été très brusques, se produisant en quelques décennies à quelques siècles”, bien que cela soit encore débattu.
Mais l’AHP est loin d’être un analogue pour l’époque moderne. Les changements étaient principalement dus au soleil, et non à une forte augmentation des gaz à effet de serre. C’est pourquoi elle ne donne qu’un aperçu limité de la manière dont l’AHP sera affectée par le changement climatique.
Le professeur Martin Claussen, professeur de météorologie à l’université de Hambourg et directeur de l’Institut Max Planck de météorologie, explique à Carbon Brief que même dans les projections des modèles en cas de “fort réchauffement”, la “réponse du Sahara est beaucoup plus faible qu’elle ne l’était en réponse au changement d’insolation il y a plusieurs milliers d’années”. Ainsi, plutôt qu’un Sahara vert, les projections suggèrent un “déplacement de la zone du Sahel vers le nord”, dit-il.
La réponse au récent réchauffement a en fait été une plus grande variabilité de la MCA, dit Giannini :
“D’une certaine manière, nous voyons déjà le mouillage, mais c’est un mouillage qui est également différent du passé en ce qu’il semble être constitué d’événements plus extrêmes — donc des pluies plus extrêmes et peut-être des périodes plus longues de périodes de sécheresse intercalées”.
Et, plus généralement, les projections de différents modèles climatiques ont suggéré des futurs plus secs et plus humides pour le Sahel dans un climat changeant — ce dernier étant lié à un point de basculement de 3C du réchauffement localisé dans le Golfe de Guinée.
Les recherches ont également indiqué un mélange d’impacts. Une étude de 2018 utilisant un modèle climatique à haute résolution a par exemple simulé “une diminution des précipitations sur le sud du Sahel et une augmentation des précipitations sur le Sahara occidental” d’ici la fin du siècle dans le cadre du scénario RCP8.5 à très fortes émissions.
En conséquence, le rapport spécial du GIEC sur 1,5C conclut qu’il existe une “faible confiance” dans les projections d’un “renforcement de la mousson et de l’humidification et du verdissement du Sahel et du Sahara”. Il note également que si des “changements incertains” sont associés à un réchauffement du monde de 1,5C ou 2C, il est “peu probable” qu’un point de basculement soit atteint que ces niveaux de température.
Même si une augmentation de la température de 3C apportait des précipitations nettement plus bénéfiques à la région, le GIEC déclare “qu’il convient de noter qu’il y aurait des compensations importantes sous la forme d’un fort réchauffement régional et d’impacts négatifs connexes sur le rendement des cultures, la mortalité du bétail et la santé humaine dans un avenir à si faible atténuation”.
Enfin, les recherches ont également suggéré que la MCA pourrait être affectée par un autre point de basculement, à savoir un ralentissement significatif de la MCA. La preuve en est principalement fournie par les données paléoclimatiques de la fin de la dernière période glaciaire, explique le professeur John Chiang, qui dirige un groupe de recherche sur la dynamique du climat à l’université de Californie, à Berkeley. “En particulier pour l’événement Dryas plus jeune, où l’on pensait que l’AMOC allait ralentir de façon spectaculaire à cause de l’afflux d’eau douce dans l’Atlantique Nord”, dit-il à Carbon Brief. “Les précipitations de la mousson ouest-africaine se sont affaiblies pendant cette période.”
Pourquoi le ralentissement de l’AMOC, qui se produit dans l’Atlantique Nord à haute latitude, conduit à l’affaiblissement de l’AM est “encore une question ouverte”, dit Chiang :
“Il y a deux écoles de pensée. L’une est que les conditions plus froides dans l’Atlantique Nord de haute latitude peuvent être transmises par l’atmosphère au WAM, principalement par les conditions froides qui pénètrent en Afrique du Nord et affectent la mousson… L’autre est que les changements de circulation océanique résultant du ralentissement de l’AMOC “recâblent” les courants autour de l’Atlantique tropical, ce qui entraîne un réchauffement de l’Atlantique tropical Sud et donc un affaiblissement du WAM”
Ainsi, un autre mécanisme potentiel complique encore plus l’avenir de l’AMM, selon M. Chiang :
“La question est de savoir quelle influence gagnera l’Afrique de l’Ouest à l’avenir — l’influence directe du réchauffement, qui mouille, ou l’influence de l’AMOC, qui assèche l’Afrique de l’Ouest.”
Pergélisol et hydrates de méthane
Le pergélisol est le nom donné à un sol — terre ou roche — qui contient de la glace ou de la matière organique gelée qui est restée à 0C ou en dessous pendant au moins deux ans. Il couvre environ un quart des terres non glacées de l’hémisphère nord — y compris de grandes étendues de Sibérie, d’Alaska, du nord du Canada et du plateau tibétain — et peut atteindre un kilomètre d’épaisseur. Dans l’hémisphère sud, le permafrost se trouve dans certaines parties de la Patagonie, de l’Antarctique et des Alpes du Sud de la Nouvelle-Zélande. Le permafrost sous-marin est également présent dans les zones peu profondes des océans Arctique et Austral.
Ce sol gelé contient une grande quantité de carbone, accumulé à partir de plantes et d’animaux morts depuis des milliers d’années. Il y a environ deux fois plus de carbone dans le pergélisol que dans l’atmosphère terrestre actuelle.
Avec le réchauffement du climat, le risque de fonte du permafrost augmente. Cela permet aux microbes du sol de sortir de leur hibernation et de décomposer le carbone organique du sol. Ce processus libère du CO2 et — dans une moindre mesure — du méthane. Ainsi, le dégel à grande échelle du permafrost pourrait provoquer un nouveau réchauffement climatique.
Il existe déjà des preuves du réchauffement du permafrost. Le rapport spécial du GIEC sur l’océan et la cryosphère dans un climat en évolution (“SROCC”), par exemple, indique qu’il y a “une très grande confiance” que les températures élevées enregistrées à ~10–20m de profondeur dans le permafrost ont été “documentées sur de nombreux sites de surveillance à long terme dans la région du permafrost circumpolaire de l’hémisphère nord”. Dans certains endroits, ces températures sont de 2 à 3°C plus élevées qu’il y a 30 ans.
Dans le même temps, le rapport 2019 sur l’Arctique de l’Administration nationale américaine des océans et de l’atmosphère (NOAA) a conclu que le dégel du pergélisol dans l’Arctique “pourrait libérer dans l’atmosphère de 300 à 600 millions de tonnes de carbone net par an”.
L’auteur principal du chapitre sur le permafrost, le professeur Ted Schuur, de l’université du nord de l’Arizona, a déclaré au Washington Post que des recherches récentes indiquent que “nous avons pris un virage pour le carbone de l’Arctique”. Il a déclaré :
“Ces observations signifient que la réaction à l’accélération du changement climatique est peut-être déjà en cours”.
Le SROCC affirme qu’il existe une “grande confiance” dans les projections de “disparition généralisée du permafrost arctique proche de la surface… au cours de ce siècle, en raison du réchauffement, avec des conséquences importantes pour le climat mondial”. Il note :
“D’ici 2100, la superficie du permafrost proche de la surface diminuera de 2 à 66 % pour le RCP2.6 et de 30 à 99 % pour le RCP8.5. Cela devrait entraîner la libération dans l’atmosphère de 10 à 100 milliards de tonnes [ou gigatonnes, GtC], jusqu’à 240 GtC, de carbone du permafrost sous forme de CO2 et de méthane, ce qui pourrait accélérer le changement climatique”.
Le rapport avertit également (pdf) que la dégradation du dégel du permafrost “devrait être irréversible sur des échelles de temps pertinentes pour les sociétés humaines et les écosystèmes”. Il note également :
“La fonte de la glace ou le dégel du permafrost impliquent des seuils (changements d’état) qui permettent des réponses abruptes et non linéaires au réchauffement climatique en cours”.
Par exemple, explique le Dr David Armstrong McKay — chercheur postdoctoral au Centre de résilience de Stockholm, qui se concentre sur la modélisation des rétroactions non linéaires biosphère-climat — certaines zones de décomposition peuvent dégager tellement de chaleur qu’elles déclenchent une “bombe à compost”. C’est là que “la production de chaleur interne devient la principale force motrice pour la poursuite du dégel et la libération de carbone”, explique-t-il à Carbon Brief, “même si le réchauffement climatique s’arrêtait”.
Cet effet pourrait avoir son propre point de basculement, ajoute-t-il :
“Dans une étude, un point de basculement pour cette production de chaleur interne s’est produit au moment où la température annuelle moyenne locale [absolue] de l’air a atteint environ 1,2°C, c’est-à-dire lorsque la décomposition organique est devenue significative dans leur modèle. Cependant, ce processus dépend de l’humidité, de l’isolation et de la richesse organique du sol — toutes des sources majeures d’incertitude — et sera localisé plutôt que de se produire simultanément sur l’ensemble du pergélisol”.
De même, le dégel rapide du permafrost peut également être déclenché — et accentué — par des perturbations telles que les incendies, les sécheresses brutales, l’affaissement du sol et l’érosion résultant du dégel du permafrost riche en glace (appelé “thermokarst”). Bien qu’”il n’y ait pas de point de basculement à grande échelle connu pour l’effondrement”, déclare Armstrong McKay, les recherches ont “suggéré qu’il pourrait doubler nos estimations actuelles des émissions du permafrost”.
Dans l’ensemble, les preuves indiquent qu’il existe plusieurs mécanismes de dégel régional abrupt, dit Armstrong McKay, tandis que pour le dégel du permafrost en général, on s’attend à ce qu’il “agisse davantage comme une rétroaction positive continue sur le changement climatique que comme un point de basculement abrupt”. Cependant, certaines études suggèrent qu’un point de basculement plus généralisé pourrait se produire au-delà de 5C, ajoute-t-il.
Le Dr Andy Wiltshire, responsable du cycle du carbone terrestre au Centre Hadley du Met Office, partage cet avis. Lors des négociations sur le climat de la COP25 à Madrid, il a déclaré à Carbon Brief :
“Les points de basculement sont liés au fait que vous avez un changement et que ce changement s’autoalimente presque tout seul, ce qui signifie que vous passez d’un état à un autre. Aujourd’hui, nous n’avons pas tendance à voir ce genre de comportement dans le permafrost — du moins à grande échelle. Ce que nous constatons donc avec le pergélisol dans le type de modélisation que nous faisons, c’est qu’il y a eu une réponse plus progressive”.
Le dégel du permafrost est cependant irréversible, note le Wiltshire. Le carbone contenu dans les sols s’est accumulé sur des “périodes incroyablement longues”. Une fois qu’il est perdu dans l’atmosphère, il est impossible de le récupérer. Il explique :
“Si nous arrêtons le réchauffement, alors nous devrions voir les émissions du permafrost s’arrêter, mais en termes de retour du carbone dans le permafrost, de façon pragmatique, ce n’est pas possible”.
Les hydrates de méthane, ou “clathrates”, sont liés au permafrost. Il s’agit d’une substance semblable à de la glace qui se forme lorsque le méthane et l’eau se combinent à des températures basses et à une pression modérée. On le trouve presque exclusivement sous le plancher océanique, sur les plateaux continentaux — des zones de fond marin entourant immédiatement une masse terrestre, où la mer est relativement peu profonde par rapport à la haute mer qui se trouve au-delà.
Les hydrates de méthane ont été au centre des revendications de ces dernières années concernant une éventuelle “bombe à méthane” dans l’Arctique. La théorie suggère que le réchauffement de l’océan pourrait faire fondre ces cristaux de glace, libérant ainsi de grandes quantités de méthane dans l’atmosphère.
Il y a quelques années, par exemple, les scientifiques ont identifié “une infiltration généralisée de méthane dans les sédiments des fonds marins au large du Svalbard”, qui, selon eux, “pourrait être due en partie à la déstabilisation des hydrates” due au réchauffement des océans. Les recherches ont également suggéré qu’il y avait des dépôts d’hydrates “prêts à être libérés” dans le plateau arctique de Sibérie orientale (ESAS) sous l’océan Arctique — contenant jusqu’à 1 400 milliards de tonnes de carbone. La taille de cette estimation a été remise en question par d’autres scientifiques.
(À titre de comparaison, les émissions mondiales provenant des combustibles fossiles et de l’industrie en 2019 s’élevaient à environ 10 milliards de tonnes de carbone).
Cependant, des recherches plus récentes ont jeté de l’eau froide sur l’idée des hydrates de méthane comme point de bascule imminent. Un document de synthèse publié en 2016, par exemple, a conclu qu’il n’y avait “aucune preuve concluante que le méthane dérivé des hydrates atteigne l’atmosphère actuellement”. Le méthane libéré sur le fond des mers “ne survit que rarement au voyage à travers la colonne d’eau pour atteindre l’atmosphère”, note une connaissance de l’éducation à la nature, car il est oxydé par les bactéries présentes dans l’eau.
En effet, toute bulle de méthane provenant du fond marin est plus susceptible de provenir du permafrost que des hydrates, ajoute Armstrong McKay :
“Il a été suggéré que les panaches de bulles de méthane détectés dans les eaux peu profondes de l’Arctique proviennent d’hydrates de méthane déstabilisants, mais la plupart des scientifiques pensent que la majeure partie de ce méthane provient en fait du pergélisol submergé qui se dégrade progressivement depuis le dernier maximum glaciaire, mais qui pourrait maintenant s’accélérer progressivement”.
En outre, alors que les sols du permafrost sont en contact direct avec une atmosphère en réchauffement, les hydrates de méthane se trouvent dans les sédiments à de grandes profondeurs sous le fond marin. En conséquence, les recherches indiquent qu’il sera “à peine affecté par le réchauffement, même sur 10 000 ans”.
Dans l’ensemble, “le dégel du pergélisol est donc la plus grande préoccupation pour nous aujourd’hui”, conclut Armstrong McKay, “la plupart des hydrates de méthane devraient rester relativement stables au cours des prochains siècles”.
La mort des récifs coralliens
Les récifs coralliens sont souvent cités comme l’un des systèmes écologiques les plus sensibles au réchauffement climatique. Comme l’indique un article publié dans Science en 2007 :
“La concentration atmosphérique de CO2 devrait dépasser 500 parties par million (ppm) et les températures mondiales devraient augmenter d’au moins 2C d’ici 2050 à 2100, des valeurs qui dépassent largement celles des 420 000 dernières années au moins au cours desquelles la plupart des organismes marins existants ont évolué”.
Ces dernières années ont vu une série d’événements de “blanchiment massif” des coraux d’eau chaude, causés principalement par une exposition prolongée à des températures de mer élevées. Sous l’effet d’un stress thermique continu, les coraux expulsent les minuscules algues colorées qui vivent dans leurs tissus — connues sous le nom de zooxanthelles — laissant derrière eux un squelette blanc.
Les algues fournissent de l’énergie aux coraux par le biais de la photosynthèse. Sans elles, les coraux peuvent lentement mourir de faim. Bien que les coraux puissent récupérer leurs zooxanthelles si les conditions deviennent plus favorables, un stress thermique persistant peut tuer les communautés coralliennes de récifs entiers.
Les événements de blanchiment massif des récifs coralliens sont devenus cinq fois plus fréquents dans le monde au cours des 40 dernières années. Le premier événement de blanchiment de masse à l’échelle mondiale a été enregistré en 1998. Il a été suivi par le deuxième et le troisième en 2010 et 2014–17, respectivement. Ces événements ont été causés par des vagues de chaleur marine — des périodes prolongées de températures exceptionnellement élevées qui ont elles-mêmes été renforcées par le réchauffement d’origine humaine et El Niño.
La carte ci-dessous, tirée du rapport spécial du GIEC sur l’océan et la cryosphère dans un climat en évolution (“SROCC”), montre comment les récifs coralliens du monde entier ont été touchés en 2015–16. L’ombrage sur la carte indique le maximum annuel de “degrés de la semaine de réchauffement” (ECS) sur 2015 et 2016. (L’ECS est une mesure du stress thermique cumulé qui “décrit la quantité de chaleur accumulée dans une zone au cours des 12 dernières semaines en additionnant toutes les températures qui dépassent de 1C la moyenne maximale de l’été”). Les points mettent en évidence les récifs qui ont subi un blanchissement important (violet), modéré (mauve) et non substantiel (blanc).
Le stress thermique n’est pas la seule menace qui pèse sur les récifs coralliens. Ils sont également menacés par d’autres facteurs, notamment la surpêche, les pratiques de pêche destructrices, la sédimentation associée à l’élévation du niveau de la mer, le ruissellement des nutriments provenant de la terre, les dommages causés par les tempêtes, l’acidification des océans et les changements dans la circulation océanique.
Ce cocktail mortel a déjà constaté “des changements persistants de la dominance originale des coraux à une prépondérance d’algues charnues ou d’autres assemblages d’herbes” dans les récifs coralliens du monde entier, selon un document de synthèse de 2010.
Les macroalgues tropicales à croissance rapide peuvent rapidement s’emparer des squelettes de coraux morts, ce qui peut empêcher leur recolonisation par les coraux et les laisser dans un état altéré, bien que stable. Ces changements peuvent être rapides, selon une étude de 2016 publiée dans Scientific Reports :
“On a observé que les écosystèmes des récifs coralliens subissent des changements dramatiques et parfois abrupts dans l’état de la communauté, passant d’un état dominé par le corail en formation de récifs à un état où prédominent d’autres détenteurs d’espace. L’autre détenteur d’espace est souvent, mais pas toujours, une macroalgue charnue”.
De telles transitions “ont été observées sur les récifs tropicaux du monde entier, et en particulier dans les Caraïbes”, ajoute l’étude. Il est typique des écosystèmes de montrer “des réponses seuils, plutôt que linéaires, à des facteurs de changement qui se construisent lentement, comme la pression de la pêche, l’apport de nutriments et la hausse des températures mondiales”, indique un autre document de synthèse.
Par exemple, après le blanchissement massif de 1998, la couverture corallienne moyenne dans la réserve marine de l’île Cousin aux Seychelles a diminué pour atteindre moins de 1 % en 2005, tandis que la couverture de macroalgues a augmenté de 40 %.
Il est à noter que le stress thermique a le même effet destructeur sur les algues marines, comme le varech, dans les systèmes tempérés, déclare le Dr Maria Beger, chercheur universitaire en sciences de la conservation marine à l’université de Leeds. Elle raconte Carbon Brief :
Elles sont ensuite remplacées par des macroalgues et/ou des coraux — c’est ce qu’on appelle la “tropicalisation” des récifs tempérés des hautes latitudes. Le point commun entre les deux est que les espèces d’ingénierie de l’habitat sont tuées”.
La perte de poissons herbivores due à la surpêche peut être un facteur particulier du déclin des récifs coralliens, explique le Dr Mark Eakin, coordinateur du programme Coral Reef Watch de l’Administration nationale américaine des océans et de l’atmosphère. Il explique à Carbon Brief :
“Alors que des récifs écologiquement intacts peuvent rebondir après des événements tels que des ouragans ou même un blanchiment important, lorsqu’ils manquent d’herbivores, ils ne peuvent tout simplement pas rebondir”.
Une étude de 2007 explique que les herbivores “jouent un rôle important dans la promotion de la résilience des récifs et dans leur rétablissement” en éliminant les algues. Ainsi, ils sont essentiels pour le retour d’un récif à un “état dominé par le corail en cas de perturbation”.
Cependant, l’étude avertit également qu’il est “naïf de supposer que la protection des espèces herbivores… entraînera l’inversion d’un déphasage une fois que les macroalgues se seront établies”. Cela est dû au fait que “la plupart des poissons herbivores évitent les macroalgues”, affirment les auteurs.
La clé ici est d’avoir un nombre suffisant d’herbivores qui “peuvent brouter les algues et ainsi empêcher leur établissement”, ajoute Beger. C’est une fois que les algues sont grandes qu’elles ont moins de chances d’être mangées, dit-elle à Carbon Brief :
“Ce que nous considérons comme des herbivores normaux des récifs coralliens mangent principalement les algues filamenteuses qui s’établissent en premier une fois que le corail est mort. Une fois que les algues se sont établies après avoir été minuscules, elles sont moins appétissantes”.
D’autres facteurs peuvent également influer sur la capacité d’un récif à se rétablir après le blanchiment. Une étude de 2015 sur la nature des Seychelles après le blanchiment de 1998 a révélé que, sur 21 récifs étudiés, 12 se sont rétablis et “neuf récifs ont subi un changement de régime pour devenir des macroalgues charnues”. C’est ce qu’elle explique :
“Le rétablissement a été favorisé lorsque les récifs étaient structurellement complexes et en eau plus profonde, lorsque la densité de coraux juvéniles et de poissons herbivores était relativement élevée et lorsque les charges en nutriments étaient faibles”.
Le rétablissement dépend toujours du temps dont disposent les coraux pour se reconstituer. Un récif sain peut “rebondir en 10–15 ans” après le blanchiment, selon Eakin, avec “la repousse de coraux à croissance rapide”. Cependant, “de nombreux récifs ne se sont pas ou peu rétablis après des épisodes de mortalité grave”, ajoute-t-il :
“Dans un article récent, nous avons montré qu’un blanchiment important se produisait tous les 25–30 ans dans les années 1980. Aujourd’hui, il se reproduit en moins de six ans. C’est beaucoup trop rapide alors que 10–15 ans pour commencer la reprise est le meilleur scénario”.
Une étude, publiée dans Science en 2007, a conclu que les concentrations atmosphériques “supérieures à 500 ppm semblent extrêmement risquées pour les récifs coralliens et les dizaines de millions de personnes qui en dépendent directement, même dans les circonstances les plus optimistes”. Les niveaux de CO2 ont déjà dépassé 410 ppm et devraient dépasser 500 ppm d’ici 2100 dans tous les scénarios d’atténuation des émissions de ce siècle, sauf les plus rigoureux.
En 2016, la première étude visant à comparer les impacts généralisés du changement climatique à 1,5C et 2C de réchauffement a averti que 90% des récifs tropicaux seraient “menacés de dégradation grave en raison du blanchiment induit par la température à partir de 2050” dans un monde plus chaud de 1,5C. Pour les 2C, ce risque s’élève à 98% des récifs, selon l’étude, indiquant que les 0,5C supplémentaires de réchauffement “seront probablement décisifs pour l’avenir des récifs coralliens tropicaux”.
Les notes de l’étude :
“Notre analyse réitère les conclusions précédentes selon lesquelles le risque que les récifs coralliens subissent une dégradation à long terme qui finira par entraîner un changement de régime de l’écosystème sera important dès 2030”.
Les chercheurs notent même que leurs conclusions sont probablement “plutôt conservatrices” car ils ne prennent en compte que les impacts de l’augmentation du CO2 et non les autres facteurs de stress des récifs coralliens.
Les conclusions du rapport spécial du GIEC sur le 1,5C ne sont que très légèrement moins sombres. Il dit :
“Même en atteignant des objectifs de réduction des émissions conformes à l’objectif ambitieux de 1,5C de réchauffement climatique dans le cadre de l’accord de Paris, on assistera à une nouvelle perte de 70 à 90 % des coraux constructeurs de récifs par rapport à aujourd’hui, 99 % des coraux étant perdus en cas de réchauffement de 2C ou plus”.
Comme des experts australiens l’ont dit à Carbon Brief l’année dernière, certains des coraux les plus résistants à la chaleur pourraient être plus résistants que ces estimations ne le suggèrent, mais il reste à savoir à quoi ressembleront les récifs restants — et quelles seront les conséquences pour les autres habitants des récifs, comme les poissons.
Les notes de l’étude :
“Notre analyse réitère les conclusions précédentes selon lesquelles le risque que les récifs coralliens subissent une dégradation à long terme qui finira par entraîner un changement de régime de l’écosystème sera important dès 2030”.
Les chercheurs notent même que leurs conclusions sont probablement “plutôt conservatrices” car ils ne prennent en compte que les impacts de l’augmentation du CO2 et non les autres facteurs de stress des récifs coralliens.
Les conclusions du rapport spécial du GIEC sur le 1,5C ne sont que très légèrement moins sombres. Il dit :
“Même en atteignant des objectifs de réduction des émissions conformes à l’objectif ambitieux de 1,5C de réchauffement climatique dans le cadre de l’accord de Paris, on assistera à une nouvelle perte de 70 à 90 % des coraux constructeurs de récifs par rapport à aujourd’hui, 99 % des coraux étant perdus en cas de réchauffement de 2C ou plus”.
Comme des experts australiens l’ont dit à Carbon Brief l’année dernière, certains des coraux les plus résistants à la chaleur pourraient être plus résistants que ces estimations ne le suggèrent, mais il reste à savoir à quoi ressembleront les récifs restants — et quelles seront les conséquences pour les autres habitants des récifs, comme les poissons.
Selon M. Eakin, “nous avons déjà atteint” un point de basculement pour les coraux à l’échelle mondiale en raison du changement climatique :
“Nous assistons déjà à un blanchissement important dans le monde entier et le récent blanchissement mondial des coraux de 2014–17 a été dévastateur pour de nombreux récifs dans le monde entier. Par exemple, la Grande Barrière de Corail a perdu la moitié de ses coraux en deux ans seulement”.
Un document de 2018 de Nature décrit le récent blanchiment comme “un tournant pour la Grande Barrière de Corail, et pour de nombreux autres récifs gravement touchés ailleurs dans l’océan Indo- Pacifique”.
L’étude avertit que “le scénario le plus probable” est que “les récifs coralliens dans l’ensemble des tropiques continueront à se dégrader au cours du siècle actuel jusqu’à ce que le changement climatique se stabilise, permettant aux populations restantes de se réorganiser en nouveaux assemblages de récifs tolérant la chaleur”.
La vague de chaleur marine de 2016 “a déclenché la phase initiale de cette transition sur la région la plus septentrionale et la plus vierge de la Grande Barrière de corail”, indique l’étude, “la changeant à jamais alors que l’intensité du réchauffement climatique continue de s’intensifier”. Elle conclut :
“La perte à grande échelle de coraux fonctionnellement diversifiés est un signe avant-coureur de nouveaux changements radicaux dans l’état et la dynamique de tous les écosystèmes, renforçant la nécessité d’une évaluation des risques d’effondrement des écosystèmes, en particulier si l’action mondiale sur le changement climatique ne parvient pas à limiter le réchauffement à 1,5–2C”.
La perte généralisée de récifs coralliens serait dévastatrice pour les écosystèmes, les économies et les populations. Selon l’Union internationale pour la conservation de la nature (UICN), “bien qu’ils couvrent moins de 0,1 % du fond des océans, les récifs abritent plus d’un quart de toutes les espèces de poissons marins”. Les récifs coralliens “font aussi vivre directement plus de 500 millions de personnes dans le monde, qui en dépendent pour leur subsistance quotidienne, principalement dans les pays pauvres”, ajoute l’UICN.
Le changement de la mousson indienne
L’Inde reçoit environ 70 % de ses précipitations annuelles pendant la mousson. Pour certaines régions de l’ouest et du centre de l’Inde, ce pourcentage atteint 90 %. Les pluies de la mousson sont cruciales pour le secteur agricole indien, qui représente environ un sixième de l’économie du pays et emploie environ la moitié des 1,3 milliard d’habitants.
La mousson indienne — également connue sous le nom de mousson d’Asie du Sud — est un sous-système de la mousson asiatique au sens large, avec la mousson d’Asie du Sud-Est et la mousson du Pacifique Nord occidental. (Certains considèrent que la mousson asiatique a plus de trois parties).
Le mot “mousson” vient du mot arabe pour désigner la saison. Il décrit un changement saisonnier des vents — plus précisément une inversion de 180 degrés qui déclenche le passage de la saison sèche à la saison humide.
Ce changement est dû aux mouvements du soleil au fil des saisons, explique le Dr Andrew Turner, professeur associé en systèmes de mousson à l’Université de Reading. En hiver, dans l’hémisphère nord, l’énergie du soleil se concentre sur l’hémisphère sud. Cela provoque un vent dominant sur l’Inde en provenance du nord-est, amenant de l’air sec de toute la masse continentale asiatique.
La transition vers la saison des pluies arrive lorsque le soleil se déplace au nord de l’équateur au printemps et au début de l’été. Ici, “le nord de l’Inde, le plateau tibétain et les régions environnantes se réchauffent rapidement”, explique Turner à Carbon Brief :
“Ils se réchauffent plus rapidement que les océans voisins — par exemple, le nord de l’océan Indien — car la terre (le sol) a une capacité thermique beaucoup plus faible que l’eau”.
Le contraste de réchauffement entre la terre et l’océan provoque un gradient de pression qui pousse les vents du sud-ouest à travers l’Inde. “Cet air se déplace vers le nord depuis l’océan Indien”, explique M. Turner, en captant l’humidité au fur et à mesure. Les pluies commencent généralement en juin — la date officielle de début de la mousson est le 1er juin — et se déplacent vers le nord de l’Inde. Les pluies se poursuivent jusqu’à ce que la mousson commence à se retirer du nord de l’Inde à la fin du mois d’août, alors que la force et la durée du soleil d’été diminuent. Les pluies s’épuisent ensuite dans la majeure partie du pays en septembre et octobre.
Les cartes ci-dessous montrent les dates moyennes de début (à gauche) et de fin (à droite) de la mousson en Inde.
“A un niveau fondamental, le gradient de pression entre l’océan Indien et le continent asiatique détermine la force de la mousson asiatique”, indique le rapport spécial du GIEC sur le 1,5C. Et donc, en théorie, “tout ce qui modifie soit le gradient de température nord-sud, soit la quantité d’humidité évaporée de l’océan, pourrait modifier les pluies de mousson”, note Turner.
Les terres émergées se réchauffant plus rapidement que les océans, on peut s’attendre à un renforcement de ce gradient de pression et de la mousson elle-même “en raison du réchauffement climatique”, selon le rapport 1,5C. En outre, comme une atmosphère plus chaude peut contenir plus d’humidité, cela peut également entraîner “une augmentation modeste des précipitations”, selon Turner.
Cependant, une étude de révision en 2012 — menée par Turner — conclut que “les preuves de telles tendances dans les observations ne sont pas convaincantes”. Bien que les données observées sur la force de la mousson indienne montrent une grande variabilité, elles “suggèrent une tendance négative depuis 1950”, indique le document. Cela équivaut à une baisse des précipitations d’environ 10% en Inde centrale, ajoute Turner.
Une cause potentielle pourrait être la pollution de l’air — en provenance de l’Inde elle-même et de la région au sens large, explique M. Turner :
“La pollution atmosphérique se présente sous plusieurs formes, mais la plupart d’entre elles sont sous forme de composés sulfurés — par exemple, les émissions de dioxyde de soufre provenant de l’industrie et des transports — qui forment des sulfates dans l’atmosphère. Ces particules ont des propriétés réfléchissantes, qui agissent pour réfléchir le rayonnement solaire et empêcher qu’une partie de celui-ci n’atteigne la surface”.
ette pollution “refroidira de préférence la région de l’hémisphère nord par rapport à l’Eurasie par rapport à l’équateur ou au sud de l’océan Indien — où il n’y a pas d’émissions polluantes”, explique M. Turner. Les tendances à la hausse de la pollution atmosphérique en Asie du Sud pourraient expliquer “pourquoi la moyenne saisonnière des précipitations sur l’Inde n’a pas montré d’augmentation dans le récent record observé malgré l’augmentation du CO2”, selon son document. Une autre étude indique que le refroidissement des aérosols en Asie du Sud et de l’Est “pourrait avoir masqué jusqu’à 1C de réchauffement de surface induit par les gaz à effet de serre depuis l’ère préindustrielle”.
Le mélange d’influences résultant de l’activité humaine est l’une des raisons pour lesquelles il est difficile de faire des projections pour la mousson. Une autre raison est que les modèles climatiques peuvent avoir du mal à simuler le système de mousson, en partie à cause de l’interaction complexe de la circulation, de la température et de la topographie qui l’animent.
Certains articles ont suggéré la possibilité de changements plus abrupts de la mousson indienne. Une étude de 2005, par exemple, a utilisé un modèle simple pour identifier la possibilité que la mousson ait deux états stables : un état humide (comme c’est le cas actuellement) et un second état caractérisé par de faibles précipitations.
La clé de ces deux états est ce qu’on appelle le “retour d’humidité”. C’est là, explique le document, que “le gradient de pression terre-océan, qui dirige la circulation de la mousson, est renforcé par l’humidité que la mousson elle-même transporte de l’océan Indien adjacent”.
En d’autres termes, un facteur important dans le maintien de la mousson est la chaleur libérée lorsque la vapeur d’eau qu’elle contient se condense pour former de la pluie. Un autre article, publié dans les Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS) en 2009, suggère que cette rétroaction agit comme un “amplificateur interne” pour la mousson.
L’implication est que cette rétroaction amplifie tout ce qui affecte le gradient de pression atmosphérique généré par l’air chaud qui s’élève au-dessus de la masse continentale asiatique. Ainsi, des “perturbations externes relativement faibles” pourraient entraîner des “changements brusques” dans la mousson, selon le document du PNAS.
Les simulations de modèle de l’étude de 2005 suggèrent comment un changement d’état pourrait être déclenché. Cela inclut le refroidissement de la surface terrestre par de grandes quantités de pollution atmosphérique, le refroidissement par de très faibles niveaux de CO2 dans l’atmosphère, ou une combinaison des deux.
Des études paléoclimatiques, utilisant des reconstitutions “indirectes” des conditions passées, suggèrent que des changements de la quantité de rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre ont entraîné dans le passé des changements vers un état de mousson à faibles précipitations. Par exemple, au cours de la dernière période glaciaire et pendant des périodes froides plus récentes comme le Petit Âge glaciaire.
Cependant, une étude de 2006 montre également que les changements d’albédo nécessaires pour pousser la mousson à l’état sec — comme dans l’étude de 2005 — sont très éloignés des conditions modernes. Les auteurs concluent donc que “nous pouvons être très certains que nous n’atteindrons pas ce point dans un avenir proche”.
Glossaire
Albédo : C’est une mesure de la quantité d’énergie solaire réfléchie par une surface. Il est dérivé du mot latin albus, qui signifie blanc. L’albédo est mesuré en pourcentage ou fraction de l’énergie solaire qui est réfléchie. La neige et la glace ont tendance à avoir un albédo plus élevé que, par exemple, le sol, les forêts et l’eau libre.
Néanmoins, l’existence du “retour d’humidité” est toujours contestée. Pour illustrer à quel point la théorie des éventuels changements brusques de la mousson indienne est contestée, le PNAS a depuis publié une réponse à l’article original de 2009, une réponse à cette réponse et une réponse à cette réponse.
Le Dr William Boos, professeur associé à l’Université de Californie à Berkeley et auteur du document de réponse du PNAS, raconte à Carbon Brief :
La phrase clé ici est “changement brusque” — les moussons peuvent changer beaucoup de choses, mais il n’y a tout simplement aucune preuve qu’elles soient là une année et qu’elles disparaissent l’année suivante en réponse au changement climatique induit par l’homme”.
La “grande majorité des études sur les changements abrupts des moussons se concentrent sur les changements “abrupts” par rapport à l’évolution passée du système climatique qui s’est produite sur des dizaines de milliers ou des millions d’années”, ajoute Boos :
“Les changements paléolithiques sont importants, mais leur pertinence pour les changements climatiques causés par l’homme n’est pas claire ; les rétroactions qui prennent des centaines, voire des milliers d’années à se manifester — impliquant de grands changements dans les calottes glaciaires ou la végétation continentale et les types de sol — peuvent ne pas être pertinentes si nous nous intéressons aux changements qui se produisent sur quelques années ou quelques décennies”.
Le professeur Anji Seth, qui dirige un groupe de recherche sur le climat physique à l’université du Connecticut, convient que “rien ne prouve qu’il existe un point de basculement où l’on passerait d’une mousson humide à un seuil de très grande sécheresse”. C’est ce qu’elle explique à Carbon Brief :
“Toutes les données indirectes du passé montrent que lorsqu’il y a moins d’insolation [rayonnement solaire entrant], moins de forçage radiatif, les moussons sont plus faibles, et lorsqu’il y en a plus, elles sont plus fortes — mais c’est une relation très linéaire. Il n’y a pas de seuil observé lorsqu’il y a deux états stables dans la mousson”.
Dans l’ensemble, le rapport 1,5C du GIEC conclut qu’il y a “peu de confiance” dans les changements prévus de la mousson indienne en cas de réchauffement de 1,5 à 2C, mais qu’une augmentation de l’intensité des pluies de mousson est “probable” dans un monde plus chaud de 3C.
Pour le cinquième rapport d’évaluation du GIEC (“AR5”), publié en 2013, tous les modèles évalués “prévoient une augmentation des précipitations moyennes ainsi que de leur variabilité interannuelle et de leurs extrêmes” (pdf), indique le rapport.
Alors que pour les systèmes de mousson en général, le résumé du RE5 pour les décideurs politiques (pdf) dit :
“Globalement, il est probable que la zone couverte par les systèmes de mousson augmentera au cours du 21e siècle. Alors que les vents de mousson vont probablement s’affaiblir, les précipitations de mousson vont probablement s’intensifier en raison de l’augmentation de l’humidité atmosphérique. Les dates d’apparition de la mousson seront probablement plus précoces ou ne changeront pas beaucoup. Les dates de retrait de la mousson seront probablement retardées, ce qui entraînera un allongement de la saison de mousson dans de nombreuses régions”.
Le professeur Anji Seth, qui dirige un groupe de recherche sur le climat physique à l’université du Connecticut, convient que “rien ne prouve qu’il existe un point de basculement où l’on passerait d’une mousson humide à un seuil de très grande sécheresse”. C’est ce qu’elle explique à Carbon Brief :
“Toutes les données indirectes du passé montrent que lorsqu’il y a moins d’insolation [rayonnement solaire entrant], moins de forçage radiatif, les moussons sont plus faibles, et lorsqu’il y en a plus, elles sont plus fortes — mais c’est une relation très linéaire. Il n’y a pas de seuil observé lorsqu’il y a deux états stables dans la mousson”.
Dans l’ensemble, le rapport 1,5C du GIEC conclut qu’il y a “peu de confiance” dans les changements prévus de la mousson indienne en cas de réchauffement de 1,5 à 2C, mais qu’une augmentation de l’intensité des pluies de mousson est “probable” dans un monde plus chaud de 3C.
Pour le cinquième rapport d’évaluation du GIEC (“AR5”), publié en 2013, tous les modèles évalués “prévoient une augmentation des précipitations moyennes ainsi que de leur variabilité interannuelle et de leurs extrêmes” (pdf), indique le rapport.
Alors que pour les systèmes de mousson en général, le résumé du RE5 pour les décideurs politiques (pdf) dit :
“Globalement, il est probable que la zone couverte par les systèmes de mousson augmentera au cours du 21e siècle. Alors que les vents de mousson vont probablement s’affaiblir, les précipitations de mousson vont probablement s’intensifier en raison de l’augmentation de l’humidité atmosphérique. Les dates d’apparition de la mousson seront probablement plus précoces ou ne changeront pas beaucoup. Les dates de retrait de la mousson seront probablement retardées, ce qui entraînera un allongement de la saison de mousson dans de nombreuses régions”.
Désintégration de la calotte glaciaire du Groenland
La calotte glaciaire du Groenland est la deuxième plus grande masse de glace sur Terre. Elle contient suffisamment d’eau pour faire monter le niveau des mers de 7,2 mètres et, par conséquent, sa désintégration modifierait la forme des côtes du monde.
La fonte de la calotte glaciaire du Groenland s’accélère et elle ajoute actuellement environ 0,7 mm au niveau mondial des mers chaque année.
Il est peu probable que le point de basculement de la fonte de la glace du Groenland soit abrupt, déclare la climatologue Ruth Mottram, de l’Institut météorologique danois, mais il est clair qu’il y aura un seuil au-delà duquel son effondrement éventuel sera irréversible.
Environ la moitié de la fonte que subit la calotte glaciaire du Groenland se produit à la surface. Le reste se produit par la fonte à la base de la calotte glaciaire et par la rupture, ou le “vêlage”, des icebergs de sa bordure. La fonte en surface est susceptible d’impliquer un certain nombre de boucles de rétroaction auto-renforcées qui peuvent accélérer la fonte, explique M. Mottram.
Elle explique à Carbon Brief : “La rétroaction la plus importante au point de basculement est probablement la rétroaction de l’altitude : plus la calotte glaciaire s’abaisse en raison de la fonte, plus les zones se trouvent à des altitudes basses et plus chaudes, ce qui entraîne une fonte plus importante”.
Dans le clip ci-dessous, le Dr Ricarda Winkelmann du PIK décrit les processus impliqués dans le point de basculement de la calotte glaciaire du Groenland .
La “ligne de neige”, c’est-à-dire l’altitude à laquelle la calotte glaciaire est recouverte de neige, est également importante. La neige blanche et brillante a un albédo plus élevé que la glace nue et sombre, ce qui signifie qu’elle réfléchit une plus grande partie de l’énergie solaire. Ainsi, si la ligne de neige migre vers des altitudes plus élevées au fur et à mesure que la calotte glaciaire se réchauffe, cela signifie que la glace absorbera une plus grande partie du rayonnement solaire entrant, ce qui provoquera une fonte plus importante.
Une étude publiée en 2019 a montré que la migration de la limite des neiges représentait plus de la moitié des variations d’une année sur l’autre de la quantité d’énergie solaire disponible pour la fonte.
De plus, lorsque l’eau de fonte s’écoule dans le manteau neigeux, elle remplit les pores de la neige et dégage plus de chaleur lorsqu’elle regèle. Cela “rend plus difficile pour le manteau neigeux de retenir davantage d’eau de fonte, de sorte que toute eau de fonte supplémentaire s’écoulera directement dans la mer”, explique M. Mottram.
La combinaison de ces processus signifie que le point de basculement de la fonte des glaces au Groenland est “très lié à la quantité de fonte qui se produit à la surface et à la quantité de neige accumulée pour absorber cette eau de fonte”, explique M. Mottram. Cela a “des conséquences en cascade car l’eau de fonte peut affecter la vitesse d’écoulement de la nappe glaciaire et les processus de vêlage”.
Le dernier rapport d’évaluation complet du GIEC — AR5, publié en 2013 — a conclu (pdf) qu’il est “exceptionnellement improbable” que la calotte glaciaire du Groenland subisse une désintégration presque complète au 21e siècle — ce qui équivaut à une probabilité de 0 à 1 %.
Cependant, des recherches plus récentes suggèrent que la calotte glaciaire est menacée sur des périodes plus longues. Un article de synthèse paru dans Nature Climate Change en 2018 a conclu qu’un réchauffement de 1,8°C (avec une fourchette de 1,1 à 2,3°C) au-dessus des niveaux préindustriels serait suffisant pour déclencher des boucles de rétroaction de déclin dans certaines parties de la calotte glaciaire en été.
Cela pourrait déclencher un modèle de fonte qui prendrait des milliers d’années, a conclu le document :
“Ainsi, franchir la limite de 1,5C de réchauffement global au cours de ce siècle pourrait imposer un engagement à des changements beaucoup plus importants et peut-être irréversibles dans un avenir lointain”.
Le rapport spécial du GIEC sur le 1.5C — publié en 2018 — a noté qu’un “indicateur utile” pour la rétroaction sur l’altitude mentionnée ci-dessus est le “seuil auquel la perte de masse annuelle de la calotte glaciaire par la fonte de la surface dépasse le gain de masse par les chutes de neige”.
(Cela signifie un bilan massique superficiel (BMS) négatif au cours de l’année. Par exemple, le BMS pour 2019 était de 169 milliards de tonnes de glace, le septième plus faible jamais enregistré. Le bilan massique total — qui comprend la glace perdue par le vêlage et la fonte des océans — est passé de gains globaux à des pertes globales entre les années 1970 et 1980).
Les études les plus récentes suggèrent que ce seuil “se situe entre 0,8C et 3,2C, avec une meilleure estimation à 1,6C”, indique le rapport spécial, ajoutant :
“Le déclin continu de la calotte glaciaire après le franchissement de ce seuil dépend fortement du climat futur et varie entre une perte d’environ 80 % après 10 000 ans et une perte complète après seulement 2 000 ans (contribuant à l’élévation du niveau de la mer d’environ six mètres)”.
Le sort de la calotte glaciaire du Groenland dépend donc encore fortement du taux d’émission de gaz à effet de serre à l’avenir. Une étude de modélisation de 2019 publiée dans Science a simulé la calotte glaciaire du Groenland jusqu’à l’an 3000 selon différents scénarios d’émissions. Elle a constaté :
“Dans mille ans, la calotte glaciaire du Groenland aura une apparence sensiblement différente de celle d’aujourd’hui. Selon le scénario d’émission, la calotte glaciaire du Groenland aura perdu 8 à 25 % (RCP2.6), 26 à 57 % (RCP4.5) ou 72 à 100 % (RCP8.5) de sa masse actuelle, contribuant respectivement à 0,59 à 1,88 mètre, 1,86 à 4,17 mètres ou 5,23 à 7,28 mètres au niveau moyen mondial de la mer”.
Ceci est illustré par les cartes ci-dessous, extraites du document, qui montrent l’état observé de la calotte glaciaire (A) et la couverture de glace projetée à l’horizon 3000 selon les trois différents scénarios (B à D). L’ombrage des cartes montre la probabilité d’une future couverture de glace, les zones bleu foncé indiquant les zones où il reste de la glace dans 16% des passages du modèle, bleu pour 50% des passages du modèle et blanc pour 84%.
Suivre une trajectoire d’émissions relativement faible, comme celle du RCP2.6 — qui correspond à un monde plus chaud de 1,5–2C — peut donc être considéré comme “représentant un risque modéré, en ce sens qu’il peut déclencher… la perte irréversible de la calotte glaciaire du Groenland”, conclut le rapport 1.5C du GIEC.
Le rapport spécial du GIEC sur l’océan et la cryosphère dans un climat en évolution (“SROCC”) note également que la désintégration de la calotte glaciaire ne serait pas brutale. Il indique cependant que la décomposition serait “irréversible pendant des millénaires” une fois en cours. C’est la même formulation que celle utilisée dans le RE5.
Bien qu’il soit possible que la calotte glaciaire se stabilise à un moment intermédiaire de son effondrement, elle ne retrouverait pas sa vaste taille précédente avant la prochaine période glaciaire, dit Mottram :
“Il est clair, dès les premiers travaux, que la calotte glaciaire n’est là que parce qu’elle est déjà là — s’il n’y avait pas de calotte glaciaire au Groenland dans le climat actuel, nous ne pourrions pas la reconstituer. Une fois qu’elle aura disparu, elle disparaîtra au moins jusqu’à la prochaine période glaciaire — et nous attendrons des dizaines de milliers d’années étant donné le changement climatique actuel et la lenteur de l’élimination du carbone par des moyens naturels”.
Le changement de la forêt boréale
Les forêts boréales se trouvent dans les climats froids des hautes latitudes de l’hémisphère nord. Elles se trouvent juste au sud de la toundra arctique, où la croissance des arbres est limitée par des températures glaciales ou proches du gel toute l’année et par un manque de pluie.
Connues sous le nom de “taïga” en Russie, les forêts boréales sont caractérisées par des espèces qui peuvent supporter le froid, comme le pin, l’épicéa et le mélèze. Elles couvrent de vastes étendues de l’Amérique du Nord et du nord de l’Europe et de l’Asie.
Les forêts boréales constituent le plus grand “biome”, ou écosystème, de toute la surface terrestre et représentent 30 % des forêts du monde. Elles constituent un réservoir de carbone très important. Bien qu’il y ait beaucoup d’incertitude quant à la quantité précise de carbone qu’elles contiennent, les estimations suggèrent qu’il s’agit de plus d’un tiers de tout le carbone terrestre.
Et environ un tiers du biome boréal repose sur le permafrost.
Cependant, la zone boréale, ainsi que la toundra, se réchauffent rapidement — environ deux fois plus vite que la moyenne mondiale. L’augmentation continue de la température pourrait entraîner des changements rapides dans les forêts boréales, y compris le dépérissement. C’est ce qu’explique une étude de 2012 :
“Des étés de plus en plus chauds devenant trop chauds pour les espèces d’arbres actuellement dominantes, une vulnérabilité accrue aux maladies, une diminution des taux de reproduction et des incendies plus fréquents entraînant une mortalité nettement plus élevée, tout cela contribue”.
Un document d’examen de 2017 sur le changement climatique dans la nature a conclu que le réchauffement rapide et la “diversité naturellement plus faible des espèces d’arbres” pourraient exposer les régions boréales à un risque particulier de “perturbations” naturelles des forêts par des facteurs tels que la sécheresse, les incendies, les parasites et les maladies. Comparée à d’autres écosystèmes dans le monde, l’étude constate que “les changements futurs en matière de perturbations seront probablement plus prononcés dans les forêts de conifères et le biome boréal”.
Par exemple, une étude de 2014 révèle que “le réchauffement estival continu en l’absence d’une augmentation soutenue des précipitations” a provoqué un “tournant” vers le milieu des années 1990 qui a “déplacé les forêts boréales du centre-ouest de l’Eurasie vers un régime plus chaud et plus sec”. La recherche indique également que “plutôt que de montrer des réponses graduelles”, les écosystèmes boréaux “auront tendance à se déplacer relativement fortement entre les différents états en réponse au changement climatique”.
Le professeur Scott Goetz, de l’université du nord de l’Arizona, qui est responsable scientifique de l’expérience de la NASA sur la vulnérabilité de la forêt boréale arctique (ABoVE), explique à Carbon Brief comment les perturbations pourraient faire “basculer” les forêts :
“Un exemple de point de bascule dans les forêts boréales est une situation où un incendie extrême ou des événements sévères répétés rendent le système incapable de se régénérer en tant qu’écosystème forestier et le font basculer vers un écosystème de prairie ou peu boisé”.
Cela est plus susceptible de se produire aux marges sud de la forêt, plus chaudes et plus sèches, selon Goetz. Mais un “point de basculement similaire pourrait se produire sans feu lorsque des épisodes de sécheresse extrême tuent une grande partie des arbres et que la composition se déplace vers d’autres espèces”, ajoute-t-il. Une nouvelle étude de modélisation montre que ces changements se traduiront par une réduction importante de la biomasse “aérienne”, c’est-à-dire de toute la biomasse vivante au-dessus du sol, y compris les branches, l’écorce et le feuillage.
Le rapport spécial du GIEC sur le 1.5C note que “l’augmentation de la mortalité des arbres entraînerait la création de vastes régions de forêts et de prairies ouvertes, ce qui favoriserait un réchauffement régional plus important et une augmentation de la fréquence des incendies, induisant ainsi un puissant mécanisme de rétroaction positive”.
En conséquence, selon le Dr Brendan Rogers, scientifique assistant au centre de recherche de Woods Hole, “dans les endroits qui peuvent se transformer en prairies, les régimes de feux récurrents peuvent maintenir le système dans un état perpétuel sans arbres”.
Aux marges sud des forêts boréales, “les espèces de trembles et d’épicéas sont les plus menacées”, selon Goetz et, par conséquent, les plus susceptibles d’être remplacées :
“Les espèces de pins, d’arbustes et de graminées, ainsi que les espèces d’arbres plus tempérées — chênes et érables — seront les plus susceptibles de combler les lacunes que les espèces boréales laissent derrière elles, au moins en Amérique du Nord. Dans le nord de l’Eurasie, on s’attendrait à ce que les espèces de pins dominent les zones des forêts de mélèzes actuellement très répandues”.
Une étude de 2012 sur les forêts de l’Alaska, par exemple, a identifié “un passage généralisé de la végétation de conifères à celle de feuillus [qui] a commencé vers 1990 et se poursuivra au cours des prochaines décennies”.
Mais alors que les arbres à la limite sud de la zone boréale risquent de dépérir, les recherches suggèrent que les forêts à la limite nord pourraient se déplacer vers la toundra sous l’effet du changement climatique. Une étude de modélisation de 2018 montre que, même si les limites de réchauffement de Paris sont respectées, “les forêts boréales sont simulées pour s’étendre dans la toundra, tandis que d’autre part la composition des arbres se déplace vers les espèces tempérées le long de leur lisière chaude”.
Dans le cadre des engagements de réduction des émissions pris à Paris, l’étude prévoit “des effets majeurs du changement climatique pour plus de 80 % de la toundra et plus de 40 % de l’ensemble des forêts boréales”.
Le graphique ci-dessous, publié dans le cinquième rapport d’évaluation du GIEC en 2014, illustre les facteurs impliqués dans un déplacement vers le nord du biome boréal dans la toundra.
Il existe déjà des preuves du déplacement des forêts boréales. Le rapport 1.5C du GIEC conclut qu’il a “une grande confiance” dans le fait que “les arbustes ligneux empiètent déjà sur la toundra et vont continuer à se réchauffer”.
Il indique également qu’une augmentation brutale de la couverture forestière est “peu probable” à 1,5–2C de réchauffement. Au-delà de 2°C de réchauffement, il y a un “potentiel” d’augmentation brutale, selon le rapport — bien qu’avec une “faible confiance”.
Pour le biome boréal, le rapport indique qu’il existe un “degré de confiance moyen” quant à “une nouvelle augmentation de la mortalité des arbres” à la limite sud, à 1,5°C et 2°C de réchauffement. Bien qu’un “déplacement drastique du biome de la toundra vers la forêt boréale soit possible” au-delà de 2C, le rapport indique que cette projection est “peu fiable”.
Il note en outre qu’un “point de basculement potentiel a été estimé entre 3C et 4C du réchauffement climatique (faible confiance), mais étant donné la complexité des divers mécanismes de forçage et des processus de rétroaction impliqués, cette estimation est considérée comme incertaine”.
Selon Goetz, le réchauffement rapide des forêts boréales rend plus probable des changements significatifs :
“Je ne sais pas si quelqu’un a mis un chiffre sur un point de basculement spécifique à une espèce, mais nous sommes très confiants qu’avec une augmentation de la température mondiale de 1,5 ou 2C, qui se traduira dans la forêt boréale par environ le double de ces augmentations de température, nous verrons des changements généralisés dans la composition des espèces d’arbres et les régimes de feu”.
De tels changements pourraient se produire d’ici quelques décennies, ajoute-t-il :
“La fréquence et la gravité des incendies sont ici le facteur principal. Avec des incendies plus graves et surtout avec des incendies graves plus fréquents, qui brûlent la couche organique du sol, nous nous attendons à voir un changement dans les espèces forestières au cours des deux ou trois prochaines décennies, qui persistera pendant de nombreuses décennies”.
Les changements de la couverture végétale affecteront la réflectivité de la surface terrestre — connue sous le nom d’”albédo”, explique le professeur Colin Prentice, titulaire de la chaire sur la biosphère et les impacts climatiques à l’Imperial College de Londres. Il raconte Carbon Brief :
“L’expansion vers le nord de la forêt boréale est certainement prévue en raison du réchauffement et, en effet, il est prouvé qu’elle se produit déjà. De même, la toundra arbustive s’étend dans des régions plus froides en raison du réchauffement et ce processus va se poursuivre… Il y aura, par conséquent, une diminution de l’albédo de la végétation — surtout au printemps — ce qui amplifiera le réchauffement localement. Ceci est bien attesté à la fois par les premiers principes et par les expériences de modèles climatiques”.
Cela “entraînerait une augmentation de l’absorption de chaleur dans l’Arctique et un dégel plus rapide du permafrost”, selon Goetz :
“Il est évident qu’une grande dégradation du permafrost signifie beaucoup plus de carbone émis dans l’atmosphère, ce qui aurait pour effet d’augmenter le cycle de réchauffement et d’accentuer encore la dégradation, avec des implications mondiales.”
Rogers est d’accord pour dire que le changement d’albédo est un impact clé du déplacement des forêts boréales. Il en parle à Carbon Brief :
“Nous savons, grâce à la littérature sur le paléoclimat, que la migration des forêts et des grands arbustes vers le nord est une rétroaction majeure du système terrestre, principalement en raison de l’obscurcissement de la surface. Ceci est particulièrement important à la fin de l’hiver et au printemps en raison de la combinaison d’une forte couverture neigeuse et d’un rayonnement solaire entrant modéré”.
En fait, ajoute-t-il, “la pleine étendue des périodes glaciaires [dans l’histoire de la Terre] est impossible sans cette rétroaction”. Pour les temps modernes, “nous nous attendons à un effet de réchauffement, et nous voyons déjà les arbustes devenir plus denses et plus grands, et les arbres migrer vers le nord”, dit-il.
Les émissions de carbone dues au dégel du permafrost et au dépérissement des forêts à la limite sud du biome boréal seraient un “double whammy”, selon Rogers.
Cependant, les incertitudes des modèles de prévision signifient que les scientifiques ne peuvent pas être sûrs du moment où ces changements se produiront dans les forêts boréales, note Rogers. Et il n’est toujours pas clair si cela “représente un véritable “point de basculement” ou plutôt une transition progressive”, ajoute-t-il :
“Il est certain qu’il existe, pour un endroit donné, un point de basculement au-delà duquel la forêt sera fondamentalement modifiée — et les feux de forêt peuvent faciliter et exacerber ces transitions. Mais la forêt boréale est une vaste zone, avec des variations de climats et de paysages qui peuvent “basculer” à des moments différents”.
M. Prentice affirme qu’un changement progressif est plus probable. “Il y a des seuils”, note-t-il, en termes de conditions requises pour que des espèces d’arbres particulières puissent prospérer à certaines latitudes ou à certaines altitudes. Mais, dit-il, “l’effet du réchauffement est simplement de déplacer graduellement l’emplacement géographique du seuil”.
Il affirme également que ni l’expansion vers le nord des forêts boréales ni leur contraction dans le sud ne sont susceptibles d’être irréversibles :
“Le refroidissement les ferait basculer en sens inverse. Il convient également de noter que de très grands changements dans la répartition des forêts boréales se sont produits dans un passé géologique relativement récent en réponse à des changements climatiques naturels qui sont raisonnablement bien compris”.
Cependant, Goetz souligne que “le feu est le joker et peut déplacer les forêts beaucoup plus rapidement que les effets du réchauffement sur la seule croissance des arbres”. Et Rogers ajoute que si “la composition des forêts peut être réversible”, le carbone émis par le dégel du permafrost “prendrait beaucoup, beaucoup plus de temps” à se réaccumuler :
“Ce carbone a mis des millénaires à être séquestré par la terre et à s’accumuler progressivement dans les couches de sol gelées”.
Autres points de bascule
Les neuf points de basculement décrits ci-dessus ne constituent pas une liste exhaustive — en effet, il existe un certain nombre d’autres parties du système terrestre qui peuvent présenter un comportement de point de basculement.
On peut citer par exemple l’arrêt de la formation des eaux de fond de l’Antarctique, la disparition des glaciers alpins, un trou dans la couche d’ozone au-dessus de l’Arctique dû au changement climatique, l’anoxie des océans (où certaines zones de l’océan connaissent une baisse spectaculaire de l’oxygène) et une modification de la fréquence et/ou de la force des phénomènes El Niño.
Un autre exemple souvent cité est le déclin de la glace de mer arctique. Les simulations de modèles climatiques ont suggéré que l’étendue de la glace de mer en été dans l’Arctique pourrait connaître un déclin abrupt et accéléré au cours de ce siècle. Un tel déclin potentiel est associé au mécanisme de l’albédo des glaces, explique le Dr Dirk Notz, chef du groupe de recherche sur la glace de mer dans le système terrestre à l’Institut Max Planck de météorologie. Il explique Carbon Brief :
“Moins de glace de mer en un an implique une plus grande absorption de la chaleur solaire par l’océan, donc plus de chaleur disponible pour faire fondre davantage la glace, ce qui entraîne une diminution de la glace de mer l’année suivante”.
L’idée d’un tel point de basculement de la glace de mer était très populaire il y a peut-être une décennie”, déclare le professeur Mark Serreze, directeur du Centre national de données sur la neige et la glace (NSIDC) des États-Unis. Un article paru en 2005 dans le Journal of Climate, par exemple, demandait “Avons-nous dépassé un point de basculement ?” en réponse à l’amincissement de la glace de mer arctique entre 1988 et 2003.
Cependant, cette théorie n’a pas été étayée par les dernières recherches, explique M. Serreze à Carbon Brief :
“Des travaux plus récents avancent que la trajectoire vers un océan saisonnièrement libre de glace sera à peu près la même que celle que nous observons — une tendance à la baisse avec de forts hauts et bas d’année en année (et sur plusieurs années) reflétant les influences de la variabilité naturelle”.
Les recherches de Notz et de ses collègues ont par exemple montré que les fortes baisses de la glace de mer en été sont réversibles. Notz explique :
“Après une année où la glace de mer est anormalement peu abondante, elle se reconstitue généralement quelque peu au cours de l’année suivante. En effet, en plus de la rétroaction amplifiée de l’albédo de la glace, il existe des rétroactions d’amortissement qui stabilisent la couverture de glace d’une année à l’autre”.
Par exemple, moins de glace en été signifie plus d’eau libre en hiver. Sans l’effet isolant de la glace, l’océan Arctique perd ensuite une plus grande quantité de chaleur, ce qui signifie qu’il voit davantage de glace se développer en hiver. En outre, la glace mince en hiver croît plus rapidement que la glace épaisse, ce qui permet un certain degré de récupération après une petite partie de l’été.
Ces rétroactions “impliquent que la mémoire de la couverture de glace de mer est largement réinitialisée pendant l’hiver”, explique M. Notz, ce qui rend la perte de glace à peu près linéaire en réponse à l’augmentation des gaz à effet de serre.
Cependant, si la glace de mer elle-même n’est pas un élément de basculement, les systèmes écologiques qui lui sont associés pourraient bien l’être, ajoute M. Notz :
“Si la glace disparaît complètement au cours d’un été donné, tout écosystème nécessitant l’existence continue de la glace de mer pourrait être anéanti à tout jamais”.
Une autre préoccupation concernant les points de basculement est la possibilité que l’un d’entre eux déclenche un effet “en cascade” sur les autres. Un commentaire de Nature de novembre 2019, par exemple, affirme que “les effets en cascade pourraient être courants” dans le système terrestre, avertissant qu’il s’agirait d’une “menace existentielle pour la civilisation”.
Il fait référence à un document de 2018 de Science qui a évalué 30 “changements de régime” socio- écologiques potentiels différents et a identifié des liens entre eux dans 45 % des cas. L’étude “propose et étudie” deux façons de relier les changements de régime : les effets domino et les rétroactions cachées. Elle explique :
“Les effets domino se produisent lorsque les processus de rétroaction d’un changement de régime affectent les moteurs d’un autre, créant ainsi une dépendance à sens unique. Les rétroactions cachées augmentent lorsque deux changements de régime combinés génèrent de nouvelles rétroactions (non identifiées auparavant) ; et si elles sont suffisamment fortes, elles pourraient amplifier ou amortir la dynamique couplée”.
Des exemples de ces liens “commencent à être observés”, selon le commentaire :
“La perte de glace de mer dans l’Arctique amplifie le réchauffement régional, et le réchauffement de l’Arctique et la fonte du Groenland entraînent un afflux d’eau douce dans l’Atlantique Nord. Cela pourrait avoir contribué à un ralentissement de 15 % depuis le milieu du XXe siècle de la circulation méridionale de retournement de l’Atlantique (AMOC)”.
De plus, la fonte rapide du Groenland et le ralentissement de l’AMOC pourraient “déstabiliser la mousson d’Afrique de l’Ouest, déclenchant une sécheresse dans la région du Sahel en Afrique”, selon les auteurs, ainsi que “sécher l’Amazone, perturber la mousson d’Asie de l’Est et provoquer une accumulation de chaleur dans l’océan Austral, ce qui pourrait accélérer la perte de glace en Antarctique”.
(Certains de ces mêmes auteurs ont également suggéré que des points de bascule en cascade “pourraient pousser le système terrestre de façon irréversible sur la voie de la “Terre chaude””. Ce document très discuté, publié en tant que perspective dans le PNAS, conclut que “le risque de cascades de basculement pourrait être important en cas d’augmentation de la température de 2°C et pourrait augmenter fortement au-delà de ce point”. Ce document n’a pas été universellement salué par les climatologues).
Enfin, outre les points de basculement physiques dans le système terrestre, le terme est souvent aussi appliqué à la transformation positive de la société humaine. Lenton explique :
“Je pense que nous devons également nous pencher sur les points de bascule des systèmes humains, sociaux et technologiques — cette fois, les points de bascule pour le bien. Des cas où un peu d’intervention politique ou d’incitation pourrait nous mettre sur la voie d’un avenir plus durable qui évite essentiellement le pire des points de bascule climatiques”.
Par exemple, les analystes et les chroniqueurs prédisent souvent un point de bascule imminent dans l’augmentation de l’adoption et/ou la baisse du coût des voitures électriques — à mesure que les ventes de voitures traditionnelles atteignent un sommet et que la demande de véhicules électriques, et l’infrastructure qui les soutient, s’installe.
Une vague de fond de la demande peut faire passer un comportement, un produit ou une technologie de la marginalité au courant dominant, souvent en raison de la chute des prix. Un article publié en janvier de cette année par le thinktank Carbon Tracker, par exemple, décrit comment un “point de bascule politique est en train de se produire” en matière de production d’énergie renouvelable :
“La chute des coûts des énergies renouvelables est à l’origine d’un point de bascule politique où les politiciens passent d’un soutien coûteux aux énergies renouvelables à une adhésion au secteur et à une taxation des externalités des combustibles fossiles.
Il existe des points de bascule dans la société qui pourraient conduire à une transformation mondiale rapide, selon une étude récente publiée dans les Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS). Par exemple, l’étude identifie six “interventions sociales de basculement” qui pourraient contribuer à l’avènement d’une société neutre en carbone d’ici 2050 :
“Ces interventions de basculement social comprennent la suppression des subventions aux combustibles fossiles et l’incitation à la production décentralisée d’énergie, la construction de villes neutres en carbone, le désinvestissement des actifs liés aux combustibles fossiles, la révélation des implications morales des combustibles fossiles, le renforcement de l’éducation et de l’engagement en matière de climat et la divulgation des informations sur les émissions de gaz à effet de serre”.
Bien que le terme “point de bascule” soit souvent appliqué de manière assez vague en ce qui concerne les changements politiques et sociétaux, il est clair qu’il faudra en franchir un certain nombre — et rapidement — pour éviter de renverser ceux qui se trouvent dans le système terrestre.
