Dans un passé relativement récent, le Groenland était libre de glace

La calotte glaciaire du Groenland mesure plus de deux kilomètres d’épaisseur. Le Groenland est largement menacé par le réchauffement climatique. Si tout l’inlandsis venait à fondre, cela provoquerait une élévation du niveau de la mer de 7,2 m. © Algkalv, Wikipédia, DP

Si l’inlandsis du Groenland venait à fondre totalement, le niveau des océans pourrait s’élever de plus de 7 mètres, submergeant bien des régions continentales. On comprend aisément que les climatologues, et pas seulement eux, voudraient pouvoir prédire cette fonte et son ampleur, c’est-à-dire déterminer à quel point la calotte de glace du Groenland va être affectée par le réchauffement climatique en cours.

Notre Planète a déjà connu des périodes plus chaudes et certains des secrets du climat sont conservés dans les glaces. Les scientifiques cherchent ainsi à savoir ce qui s’est passé pendant l’Eémien, il y a un peu plus de 128.000 ans, c’est-à-dire pendant l’avant-dernière période interglaciaire précédant la glaciation de Würm. La température moyenne de la Terre était plus chaude de 2 °C par rapport au début de l’ère industrielle. A priori, ce serait donc un bon moyen de déterminer si les objectifs de la COP21 permettraient, s’ils étaient réalisés et respectés, de limiter les conséquences du réchauffement climatique.

Lors de la récente conférence annuelle de l’American Geophysical Union, le géochimiste du célèbre Lamont-Doherty Earth Observatory, Joerg Schaefer, a fait une présentation de son travail et de celui de ses collègues qui apportent des éléments de réponses à cette question. Bien que le flou demeure encore, il semble incontestable que le Groenland n’était pas recouvert de glace du moins pendant une certaine durée quelque part, il y a moins de 1,25 million d’années.

La couverture glaciaire du Groenland est un vaste sujet d’étude pour les glaciologues du monde entier, qui ne l’observent pas que par l’intermédiaire des satellites. Sur place, ils analysent les mouvements de ces glaciers géants et entremêlés, ainsi que les phénomènes de fonte en surface mais aussi en profondeur, là où le glacier est en contact avec la roche. © Euronews, YouTube

Des isotopes radioactifs comme marqueurs des événements climatiques

Comment les chercheurs sont-ils arrivés à cette conclusion ? En revisitant des carottes rocheuses prélevées en dessous des kilomètres de glace lors de forages effectués en 1993 au cœur du Groenland. Plus précisément en mesurant les abondances de deux isotopes, l’aluminium 26 et le béryllium 10. Instables et donc radioactifs, ils ont été détectés et leurs quantités mesurées dans des quartz présents dans une épaisseur de roche de 1,55 mètre, recouverte par plus de 3.050 mètres de glace.

Les abondances de ²⁶Al et de ¹⁰Be dans la roche sont influencées par les rayons cosmiques qui la frappent. On peut donc déterminer si une couche de glace a été présente, puisqu'elle réduit fortement le flux de rayons cosmiques. C’est cette méthode qui a permis au chercheur d’atteindre partiellement leurs objectifs.

En effet, on ne peut pas encore dire si le moment où l’inlandsis du Groenland n’existait plus correspond bien à l’Eémien. Il existe par exemple des indications laissant entendre que le niveau des océans était plus élevé de 21 mètres il y a 400.000 ans, ce qui, si c’était bien le cas, pointerait vers une fonte importante aussi bien de l’Antarctique que de l’Arctique.

À découvrir en vidéo autour de ce sujet :

À partir des données altimétriques du satellite IceSat, une équipe de chercheurs a estimé le taux de fonte annuel de la calotte du Groenland. Voici en animation une reconstitution 3D des variations de la masse au pôle entre 2003 et 2008.

Vers un El Niño atypique ?

Comparaison du développement d’El Niño de 1997 avec celui de 2015. Comme on peut le voir sur l’animation (cliquez ici pour voir le gif animé), la masse d’eau réchauffée (rouge et blanc) au centre du Pacifique ne s’atténue pas depuis plusieurs mois, contrairement à l’épisode de 1997. Depuis 1992, les satellites Topex/Poséidon et Jason ont observé six El Niños. © Nasa, JPL-Caltech

Le phénomène El Niño, « l’enfant » en espagnol – qui doit son nom à Jésus pour son apparition autour de Noël au large du Pérou –, est devenu mondialement célèbre depuis l’épisode de 1997-1998, considéré comme le plus puissant enregistré. Tous les deux à trois ans (voire sept ans), le réchauffement des eaux observé au centre de l’océan Pacifique, principalement sur la ligne équatoriale à l’est, a des conséquences météorologiques dans ces régions de l’Amérique centrale et du sud. Selon l’intensité, l'anomalie s’étend à tout le continent à des degrés variables. Les habitants de la Californie et des états du sud des États-Unis se souviennent d’inondations, de glissements de terrain et de tornades qui ont sévi cet hiver-là, il y a 18 ans. Au même moment, dans le centre du pays, la population bénéficiait d’une douceur exceptionnelle qui leur fit économiser d’importants frais de chauffage (entre 2 et 7 milliards de dollars au total).

Pour cette séquence de 2015 qui vient de s’ouvrir, plusieurs prévisionnistes ont d’ores et déjà annoncé qu’elle serait aussi intense que celle de 1997 au regard des images satellites de la Nasadatant de début novembre. L’étendue d’eau chaude dans l’est du Pacifique peut apparaitre en effet très similaire à celle de cette période, mais en réalité, si on examine les prémices au cours des mois précédents, il n’y a plus autant de ressemblances.

Un comportement particulier ces dernières années

Au contraire de son prédécesseur de la fin du XX^e siècle, l’actuel a commencé à se développer il y a déjà plus de 18 mois tout le long de l’équateur et n’a jamais disparu. « C’est un comportement très particulier » commente Tong Lee, océanographe au JPL. Déjà, au cours de la décennie 2000, les précédents épisodes El Niño sont apparus de plus en plus souvent au centre du Pacifique, une curiosité qui leur valut d’être surnommés « El Niño Modoki » que l’on pourrait traduire du japonais par « à peu près ». Cela ressemble… à peu près à El Niño, mais ce n’en est pas vraiment un, dans le sens classique du terme. Et les conséquences ne sont pas tout à fait les mêmes non plus.

Aux États-Unis, la version classique et forte se traduit comme on l’a vu par un réchauffement du nord-ouest et un refroidissement du sud-est et lorsque surviennent les inhabituels Niños de type « centre du Pacifique », c’est plutôt le nord-est qui est plus chaud et le sud-ouest qui est plus froid.

L’équipe de Michelle Gierach (JPL) qui s’est intéressée aux interactions du phénomène avec l’océan signale dans leur communiqué, l’émergence d’une autre anomalie avant que ne surviennent les premiers signes d’El Niño 2015. Baptisé « the Blob », il se caractérise par une étendue d’eau plus chaude que la normale dans le Pacifique nord. Il est apparu il y a deux ans dans la région du golfe d’Alaska et s’est ensuite élargi à toute la côte ouest nord-américaine jusqu’à fusionner avec les cellules du détroit de Béring et celle au large de la péninsule californienne.

Carte de la concentration en chlorophylle (donc en phytoplancton) dans l’océan analysé par le capteur couleur SeaWiFS de la Nasa. La zone violette identifie la région, dans le Pacifique Sud, où la concentration en chlorophylle est la plus faible de l’océan mondial (2004). En se développant, le phénomène El Nino a un impact important sur la vie marine. © SeaWiFS Project, Nasa, GSFC, Orbimage

« L’apparition de ce phénomène en association avec El Niño n’est pas normale, déclare Michelle Gierach qui s’inquiète que la combinaison des deux ait un plus grand potentiel d’affecter la vie marine. » Car effectivement l’impact du réchauffement des eaux de surface sur les divers nutriments qui remontent des profondeurs, et, par voie de conséquence, sur le phytoplancton, très sensible aux changements de températures, est très important. Cela se voit depuis l’espace (déclin de la concentration de chlorophylle). C’est donc toute la chaîne alimentaire qui s’en retrouve perturbée comme cela a déjà été constaté.

Un enfant de plus en plus monstrueux ?

Prévoir l’intensité d’un épisode El Niño qui, en outre, a commencé à se développer au centre du Pacifique reste une entreprise très délicate sur une échéance de trois à six mois. Les chercheurs admettent ne pas bénéficier encore suffisamment de données pour pouvoir comparer les observations à leurs modèles. Cela ne fait que quelques décennies seulement qu’ils sont suivis de plus près.

Si les prévisions ne sont pas correctes, « il faut attendre plusieurs années avant de réessayer, indique Tong Lee. Ce sera seulement quand nous aurons des décennies de données satellitaires que nous pourrons tester nos compétences de prédiction ». Néanmoins, pour son collègue du JPL, le climatologue Bill Patzert, qui reconnaît que prévoir les effets des petits phénomènes est très difficile,« […] quand on a un super El Niño comme en 1997-1998, c’est probablement l’outil le plus puissant sur le long terme que les prévisionnistes puissent avoir. »

Interrogé par la Nasa sur les conséquences sur cet hiver, Tong Lee redoute qu’il soit double : « parce que le réchauffement au centre de la ceinture équatoriale du Pacifique s’est prolongé de 2014 à 2015 et qu’un fort réchauffement se développe maintenant à l’est du Pacifique, la question est de savoir si nous allons voir un impact combiné ». Sa collègue Michelle Gierach est plus nuancée, préférant attendre et observer, « je sens que celui-ci est une entité entièrement différente ».

Les éruptions volcaniques peuvent impacter

la couche d’ozone stratosphérique

Une vue de la caldera de Santorin, située en mer Égée. Elle provient d'une éruption de type plinien datant du IIe millénaire avant J.-C. qui projeta des pierres ponces et des cendres sur environ 60 m d'épaisseur autour du volcan, et jusqu'à 900 km au sud. Le volume de ponces qui fut éjecté lors de cette explosion est estimé à 30 km3. © Hartmut Inerle, Wikipédia, cc by sa 3.0

L’ozone est un gaz dont la présence dans la stratosphère (haute atmosphère où se situe la couche d’ozone) est indispensable à la vie sur Terre car l’ozone stratosphérique est capable de filtrer les rayons UV nocifs émis par le soleil. Un appauvrissement de cet ozone stratosphérique peut ainsi avoir un impact significatif sur la santé humaine et les écosystèmes ainsi que sur le climat.

Certains composés halogénés d’origine anthropique (de la famille des chlorofluorocarbures ou des halons par exemple) ont été identifiés comme étant responsables de la destruction de la couche d’ozone. Sous l’effet des rayons UV solaires, ces composés se fragmentent dans la stratosphère et libèrent des halogènes gazeux (chlore, brome) qui accélèrent fortement la destruction de l’ozone. Si le rôle de ces halogènes d’origine anthropique a été clairement établi, celui des halogènes naturels issus du dégazage volcanique a longtemps été considéré comme négligeable. On pensait en effet jusqu’à récemment que les halogènes volcaniques comme le chlore et le brome étaient capturés dans la troposphère (basse atmosphère) par les hydrométéores et ne pouvaient donc atteindre la stratosphère.

Les observations réalisées suite à la plus grande éruption volcanique observée par satellite, l’éruption plinienne du Mont Pinatubo (Philippines), en 1991, ont conforté cette idée. En effet, bien que la colonne éruptive ait atteint 25-30 km d’altitude (bien au-delà de la troposphère) et que les satellites aient permis d’observer un appauvrissement transitoire de l’ozone global de l’ordre de 5 %, les mesures atmosphériques réalisées après l’éruption ont montré que le niveau de chlore dans la stratosphère n’avait pas augmenté significativement. Il a donc été conclu que la grande majorité des halogènes gazeux issus de l’éruption n’avaient pas atteint la stratosphère et ne pouvaient donc être impliqués dans l’appauvrissement de l’ozone global.

Néanmoins, l’éruption du Pinatubo est un cas bien particulier :

• les études pétrologiques des roches volcaniques produites ont montré que "seulement" 3 mégatonnes de chlore auraient été relâchées lors de l’éruption, ce qui est peu comparé à d’autres éruptions connues ;
• le typhon Yunya, qui est passé assez près du mont Pinatubo au moment de l’éruption, a très bien pu lessiver efficacement le chlore du panache volcanique ;
• les grandes quantités d’aérosols soufrés injectées dans la stratosphère lors de cette éruption ont favorisé la destruction d’ozone par les composés halogénés d’origine anthropique dont la stratosphère était encore, en 1991, particulièrement chargée.

Alors qu’en est-il au juste ?

Pourcentage d’appauvrissement de l’ozone stratosphérique calculé par le modèle, en fonction du temps (années depuis l’éruption) et de la latitude, dans le cas d’un scénario de dégazage minimal (a) et maximal (b), en considérant que 2 % seulement des halogènes volcaniques émis atteignent la stratosphère. La croix noire indique la localisation du volcan Santorin. © CNRS

L’éruption minoenne du volcan Santorin

Des études récentes ont montré que la fraction d’halogènes volcaniques pouvant atteindre la stratosphère pouvait aller jusqu’à 25 % d’après les modélisations et même au-delà d’après certaines observations, ce qui est bien supérieur à ce qui avait été suggéré jusque là. Ces résultats suggéraient que les halogènes d’origine volcanique pourraient jouer un rôle significatif dans la chimie de la stratosphère.

Des chercheurs d’une équipe pluridisciplinaire franco-britannique, de l’Institut des sciences de la Terre d’Orléans (ISTO, OSUC, CNRS, Université d’Orléans, BRGM), du Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (LATMOS, OVSQ, CNRS, UVSQ, UPMC, Cnes), de l’Université de Cambridge et du Laboratoire magmas et volcans (LMV, OPGC, CNRS, Université Blaise Pascal,IRD, Université Jean Monnet) ont étudié le cas bien documenté de l’éruption minoenne du volcanSantorin (Grèce), une des éruptions majeures des derniers 5.000 ans. Elle a déchargé 40 à 60 km3 de magma et a éjecté cendres et gaz jusqu’à environ 36 km d’altitude.

À partir des données précédemment acquises sur les teneurs en volatils du magma minoen, les chercheurs ont déterminé les masses respectives des gaz climatiquement actifs (soufre, chlore, fluor, brome) relâchés lors de l’éruption. Ils ont ensuite simulé l’impact de ces gaz sur la composition chimique de la stratosphère à l’échelle globale à l’aide d’un modèle numérique de chimie-transport atmosphérique. De ces simulations, il ressort que même si seulement 2 % des halogènes émis par l’éruption atteignent la stratosphère, il en résulte un fort appauvrissement de l’ozone stratosphérique (de 20 à plus de 90 % dans l’hémisphère nord) qui met ensuite environ 10 ans pour revenir à sa concentration normale.

En modélisant l’impact d’halogènes volcaniques à une période préindustrielle, les chercheurs soulignent leur rôle important sur la chimie d’une stratosphère dépourvue d’halogènes organiques issus de l’activité humaine. Les halogènes volcaniques devraient donc être pris en compte dans la reconstitution des impacts des éruptions passées sur l’ozone, les écosystèmes et le climat, mais aussi dans la modélisation de l’évolution future de la couche d’ozone puisque des éruptions de plus faible ampleur que la minoenne mais plus fréquentes pourraient perturber la restauration en cours de la couche d’ozone.

Ce travail, publié dans Nature, a été réalisé dans le cadre du, et partiellement financé par, le projet du Laboratoire d’excellence Voltaire intitulé : « Le milieu stratosphérique ouvert : impact des feux de biomasse et du volcanisme sur l’ozone et le changement global ; bilan et tendance des halogènes ». La modélisation numérique a été partiellement financée par le projet européen StratoClim.

Des nanoparticules pour piéger

les polluants

Ce procédé à base de nanoparticules biocompatibles et de rayonnements ultraviolets pourra-t-il mettre fin à la pollution des sols et des eaux ? © Antranias, Pixabay, DP

La pollution atmosphérique inquiète, notamment par les effets négatifs qu’elle peut avoir sur nos systèmes respiratoires. La pollution des eaux et des sols n’est pas en reste. Les études font état d’une présence de plus en plus importante de polluants dans nos terres et dans nos rivières. Des pesticides ou autres perturbateurs endocriniens, tels que le bisphénol A, sont disséminés dans notre environnement, résistent à la dégradation naturelle et ont des effets néfastes sur la santé humaine et celle des autres êtres vivants. Les méthodes d’élimination restent pour l’heure fastidieuses et coûteuses.

C’est suite à un heureux hasard que des chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology), en collaboration avec des chercheurs brésiliens de la Federal University of Goiás, sont parvenus à mettre au point une nouvelle méthode simple et rapide de décontamination des eaux et des sols, présentée dans la revue Nature Communications. Leur étude portait en effet à l’origine sur le développement de nanoparticules destinées à acheminer des médicaments au sein même de cellules cancéreuses. Pour ce faire, nos chercheurs avaient synthétisé des polymères biocompatibles capables de se désagréger une fois exposés à un rayonnement ultraviolet (UV). Mais ces UV peuvent endommager les tissus et les cellules vivantes et peinent à traverser la barrière de la peau. Pourtant, à quelque chose malheur est bon puisque nos pharmaciens à la recherche d’une seconde chance pour leurs polymères ont découvert qu’une fois irradiés de rayonnements UV, ceux-ci devenaient de véritables pièges à produits toxiques.

La méthode a d’ores et déjà montré son efficacité s’agissant d’extraction de phtalates (films plastiques, emballages, revêtements de sol, rideaux de douche, etc.), de bisphénol A (bouteilles en plastique, papier thermique, etc.) et d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (issus de la combustion incomplète d’hydrocarbures).

Des chercheurs proposent d’utiliser des nanoparticules irradiées au rayonnement UV pour piéger les polluants présents dans les eaux et dans les sols. © Nicolas Bertrand, MIT

Un piège pour polluants hydrophobes

Pour parvenir à leurs fins, les chercheurs ont synthétisé des polymères à base polyéthylène glycol et d’acide polylactique. Le premier est un composé que l’on retrouve dans de nombreux produits de la vie courante : dentifrice, gouttes pour les yeux, laxatifs, etc. Le second est un plastique biodégradable utilisé, par exemple, pour la fabrication de gobelets.

Les nanoparticules ainsi produites présentent un noyau hydrophobe et une enveloppe hydrophile. Exposées à un rayonnement UV, les enveloppes s’ouvrent. Sous l’effet de forces qui agissent à l'échelle moléculaire, les polluants hydrophobes en solution se déplacent vers les noyaux des nanoparticules et se fixent à leur surface par adsorption. Le tout forme des agrégats suffisamment grands pour être éliminés par des méthodes simples de filtration.

Parmi les avantages de la méthode, il y a le fait que les polymères utilisés peuvent être produits à température ambiante. Par ailleurs, ils ne ciblent pas un polluant en particulier : il suffit juste qu'il soit hydrophobe. Une seule manipulation suffit donc à éliminer à la fois des hormones, du bisphénol A et des pesticides présents dans un échantillon. Enfin, des nanoparticules présentent un rapport surface/volume élevé. De quoi limiter la quantité nécessaire à l’élimination de polluants à grande échelle et réduire les coûts de l’opération.

Le mois de juin le plus chaud à l’échelle

de la planète

La Terre est un peu plus chaude que la moyenne du dernier siècle… Ici, une photographie prise le 6 juillet 2015 par le satellite Deep Space Climate Observatory à 1,6 million de kilomètres de distance. © Nasa

Le mois de juin 2015 a établi un record de chaleur à l’échelle planétaire depuis 1880, selon le dernier rapport mensuel de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) qui fournit les données environnementales mondiales. L’écart par rapport à la moyenne du XX^e (15,5 °C) a en effet été de 0,88 °C. La hausse est d’abord due à celle des températures de l’air au niveau du sol (1,26 +/- 0,13 °C), plus qu’à celle des eaux superficielles des océans (0,74 +/- 0,03 °C). Rappelons que la « température globale » est une moyenne planétaire intégrant ces deux valeurs. Bien sûr, ces écarts sont faibles et, en soi, ils ne peuvent être interprétés brutalement. Ce sont bien sûr les tendances qui sont à regarder de près. On remarque par exemple que le précédent record pour un mois de juin ne date que de 2014 et était de +0,12 °C.

Auparavant, les mois de février, mars et mai 2015 ont eux aussi battu leur record cette année. D’ailleurs, le premier semestre 2015 aurait atteint un record absolu, selon la NOAA. L’écart à la moyenne du XX^e est en effet de 0,85 °C, le record précédent datant de 2010. Là encore, c’est la température de l’air qui a été la plus forte (1,40 °C d’écart).

Les températures des basses couches de l'atmosphère et de la surface des océans durant le mois de juin 2015. Les couleurs indiquent les écarts par rapport à la moyenne de la période 1981-2010. © NOAA

Un an de records mensuels pour l'océan

Les « anomalies » (écarts à la moyenne) sont assez irrégulièrement réparties sur le Globe. En ce mois de juin, le début de l’hiver austral a été particulièrement doux en Australie tandis que la Norvège et la Finlande connaissaient une fin de de printemps plutôt froide. Au sein des océans, les plus fortes élévations de températures ont été observées dans le Pacifique, au nord-est et dans la région équatoriale, dans le sud de l’océan Indien, dans différentes zones de l’Atlantique nord et sud, ainsi que dans la mer de Barents (à l’est de l’archipel du Svalbard). L’Atlantique nord a cependant été plus froid entre le Groenland et le Royaume-Uni, une anomalie déjà remarquée plusieurs fois en 2015.

Globalement, le rapport de la NOAA souligne que 9 des 10 records mensuels de températures de la surface de l’océan mondial ont eu lieu depuis mai 2014. L'analyse conduit les climatologues à prédire un renforcement du phénomène climatique El Niño, qui est actuellement dans un état modéré.

La NOAA surveille aussi l’étendue des glaces et note, pour juin 2015 (le début de l’hiver austral), une diminution de la surface de la banquise arctique de 7,7 % par rapport à la moyenne 1981-2010. En revanche, en Antarctique, la couverture glaciaire s’est étendue comme rarement durant ce même mois de juin. Avec 7,2 % de plus que la moyenne 1981-2010, c’est la troisième plus grande extension de la surface de glace de cette période, le record d’un mois de juin appartenant à 2014.