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Un aperçu de l'absorption du carbone par les océans à l'avenir

Christoph Heinze, coordinateur de CARBOCHANGE, présente en détail les résultats du projet sur la quantification de l'absorption nette du carbone océanique dans différents scénarios du changement climatique.
Un aperçu de l'absorption du carbone par les océans à l'avenir
Les mers et les océans sont des contributeurs clés de l'absorption des émissions de CO2 rejeté dans l'atmosphère par les activités anthropiques. Mais cela signifie-t-il que nous pouvons reposer sur cette capacité pour altérer le changement climatique en cours? Et, plus important encore, où aboutit le surplus de CO2 atmosphérique? Le projet CARBOCHANGE a cherché à approfondir les connaissances scientifiques et les prévisions en la matière.

Avec l'aide d'un réseau détaillé de balises, de flotteurs et de navires de recherche, le projet CARBOCHANGE (Changes in carbon uptake and emissions by oceans in a changing climate) à financement européen visait à fournir la meilleure quantification possible de l'absorption nette de carbone par l'océan à l'heure actuelle et à l'avenir, sous différents scénarios de changement climatique en s'appuyant sur les changements antérieurs et actuels du cycle océanique du carbone.

Cette recherche permettra de comprendre l'avenir de la Terre par rapport aux fluctuations climatiques, puisque l'on estime que la Terre a absorbé environ un quart du CO2 rejeté dans l'atmosphère par les activités anthropiques ces 20 dernières années. Le revers de la médaille est qu'au fur et à mesure que les océans absorbent le CO2, leur acidité augmente, ce qui nuit énormément à la vie marine. Pire encore, les océans seraient incapables de faire face à une nouvelle augmentation d'émissions de CO2 d'origine anthropique.

Le projet vient de s'achever et ses résultats fournissent aux chercheurs des données importantes et un modèle carbonique mondial et approfondissent également la compréhension des processus biochimiques et physiques clés, et les quantifient pour mettre en lumière la vulnérabilité des océans pour une assimilation de CO2 accrue. Ainsi, les résultats permettent de prédire le climat et aident les décideurs politiques à prendre des actions concrètes.

Christoph Heinze, professeur en océanographie chimique à l'université de Bergen et coordinateur de CARBOCHANGE, présente en détail certains des principaux résultats du projet.

Sur quels éléments se basent votre modèle de prévision?

Nos travaux consistaient à quantifier le transfert de CO2 entre l'océan et l'atmosphère ainsi que des flux de carbone dans l'océan, grâce à une combinaison d'ensembles de données observationnelles et de modèles.
Les ensembles de données observationnelles, qui comprenaient les données à la surface de la mer et celles portant sur la colonne d'eau du système carbonique océanique, ont été associés à des modèles prédictifs et diagnostiques. Les modèles du système terrestre utilisés pour les projections basées sur des scénarios d'émission font partie des programmes informatiques les plus complexes et exigeants jamais créés par l'homme. Le cycle du carbone marin étant influencé par la physique, la chimie, et l'action biologique, la mise en place d'une équipe interdisciplinaire était nécessaire pour relever le défi de quantifier les changements du budget du carbone dans le cadre d'un climat fluctuant.

Quels sont les résultats principaux du projet, en ce qui concerne les facteurs affectant fortement l'absorption réduite de carbone par les océans?

Nos preuves montrent des variations régionales et temporelles substantielles des flux de CO2 air-mer sur diverses échelles de temps, dont l'ordre de magnitude se trouve à plus ou moins 50 % pour certains domaines océaniques. Il en va de même pour les variations de l'absorption océanique du CO2 d'origine anthropique dans l'atmosphère.
Néanmoins, un affaiblissement provisoire dans l'absorption du carbone par l'océan dans un bassin océanique peut être compensé par une assimilation accrue à un autre endroit. Dans l'ensemble, les taux annuels d'absorption marine du CO2 ont pu, jusqu'à présent, plus ou moins maintenir le rythme avec l'augmentation du CO2 atmosphérique: le taux annuel des nouvelles émissions de CO2 d'origine humaine absorbé par les océans du monde est plutôt constant.
Cependant, les projections futures grâce aux modèles du système terrestre, qu'ils soient complexes ou de complexité intermédiaire, révèlent que cette situation pourrait changer lorsque les émissions de CO2 s'accumuleront davantage dans l'atmosphère en même temps que l'accélération du changement climatique dans les décennies à venir. Une circulation océanique plus faible liée à une réduction de la capacité d'absorption de l'eau de mer à des concentrations élevées de CO2 à la surface de la mer atténuera l'efficacité de l'absorption de CO2 océanique. Parmi les nouveaux résultats intéressants, on constate l'effet de la décomposition bactérienne en hausse de la matière organique dans la colonne d'eau océanique et la baisse des émissions d'aérosol biogénique dans l'atmosphère dans un contexte de températures en hausse. Tous ces effets devraient accélérer le réchauffement planétaire.

De façon plus générale, quels sont les accomplissements les plus importants de CARBOCHANGE?

L'équipe du projet a réalisé une série de résultats importants. Je ne vais en citer que quelques-uns. D'abord, l'équipe a apporté sa contribution aux projetions de modèles du système terrestre servant de base pour les rapports d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC). Elle a également contribué à la mise à jour annuelle du budget mondial du carbone dans le cadre du Global Carbon Project, et aux collections de données observationnelles sur le carbone océanique (SOCAT pour l'océan de surface et GLODAP pour l'océan tridimensionnel). CARBOCHANGE a donc apporté une contribution non négligeable aux efforts de recherche internationaux, et cela a été reconnu par nos collègues du monde entier.
Il est important de noter la découverte selon laquelle, pour limiter le réchauffement mondial, l'acidification des océans, la désoxygénation des océans, et la perte de biomasse terrestre, des réductions plus importantes des émissions de CO2 sont nécessaires par rapport aux mesures requises pour faire face au réchauffement planétaire. Nous avons également découvert que l'acidification des océans affecte aussi clairement les profondeurs océaniques avec une perte potentielle de la biodiversité notamment parmi les organismes pélagiques. Enfin, nous avons fourni les preuves selon lesquelles les facteurs de stress combinés pour les écosystèmes marins deviendront de plus en plus critiques dans les prochaines années. Ces preuves permettront de déterminer les «points chauds» grâce aux modèles.

Avez-vous rencontré des difficultés au cours du projet et comment les avez-vous résolues?

En tant que scientifiques, nous travaillons toujours aux limites de nos capacités. C'est ce qui rend notre profession à la fois fatigante et passionnante. Pour ce projet, nous n'avons pas rencontré de difficultés logistiques majeures; le consortium a fait un travail extrêmement organisé. Néanmoins, nous n'imaginions pas que la combinaison systématique des ensembles de données observationnelles aux modèles océaniques complexes serait aussi difficile. Nous pourrions améliorer considérablement les modèles et les constations relatives aux processus de séquestration du carbone grâce à des procédures d'assimilation de données. Mais pour exploiter totalement les observations océaniques actuelles, nous devrions calibrer systématiquement les modèles du système terrestre en fonction d'une situation représentant le monde préindustriel non perturbé. Cependant, la résolution de ce problème nécessitera un travail répétitif et coûteux sur les modèles informatiques. Il s'agit d'un défi qu'il faudra aborder dans les prochains travaux.

Quelle sera l'influence des divers scénarios du changement climatique sur les mers et océans?

Nous pouvons clairement affirmer que de plus petites quantités d'émissions supplémentaires par an entraîneront une meilleure résistance des océans au forçage anthropogénique. Le réchauffement des océans et l'absorption du CO2 dans l'atmosphère se développent sur de longues échelles de temps, depuis des dizaines d'années jusqu'à des dizaines de millénaires. Même si nous cessions immédiatement d'émettre du CO2 dans l'atmosphère suite à la combustion de combustibles fossiles, au changement de l'utilisation des sols et la fabrication du ciment, la restauration d'un quasi-équilibre physique et chimique de l'océan n'aurait lieu qu'après quelques dizaines de milliers d'années plus tard.
Mais il est également important de noter que les projections sur l'absorption de CO2 marin dans le cadre de scénarios d'émissions vertes (avec d'importantes réductions imminentes dans les émissions de CO2 d'origine anthropique) montrent que dans ce cas, le pouvoir d'absorption remarquable de l'océan pour le CO2 sera plus efficace. Si les sociétés humaines pouvaient atteindre les taux d'émission prévus dans le scénario RCP2.6 ou au moins RCP4.5, cela limiterait les dégâts du système terrestre. À présent, le monde vit encore le scénario RCP8.5 intitulé «Business as usual», où nous conservons nos habitudes; un développement très inquiétant.

Selon vous, quel sera l'impact de votre recherche?

Les sociétés humaines doivent rapidement passer à une utilisation durable des ressources et à une production à énergie sans carbone. Notre recherche permet de trouver des solutions optimales pour l'atténuation du climat afin de faire face au changement climatique et environnemental mondial. La quantification des puits et sources de carbone marin par rapport à l'atmosphère est essentielle si l'on veut surveiller le sort du CO2 produit par l'homme. Où est-il stocké? Comment son cycle est-il contrôlé? Avons-nous jusqu'à présent négligé des processus clés?
Nous avons mis au point des méthodologies visant à observer et à simuler le cycle du carbone océanique sur le long terme avec une série de méthodes qui se complètent l'une l'autre. Ces techniques devront être également étendues et appliquées à l'avenir au vu de l'augmentation importante des émissions de CO2. Aussi, par rapport à la vérification des budgets nationaux consacrés aux gaz à effet de serre, des connaissances précises sur les puits de carbone océanique sont essentielles, étant donné que les quantifications des flux de CO2 air-mer des domaines plus vastes peuvent être effectuées de façon plus précise que pour les zones terrestres. C'est pourquoi, les connaissances liées au royaume marin sont la clé pour comprendre les changements continentaux. La quantification des variables de l'état du carbone océanique dans le cadre de CARBOCHANGE à travers les modèles et les observations permettra de faire avancer les études sur l'impact de l'acidification. Les communautés pertinentes possèdent désormais une pléthore de données disponibles pour échelonner leurs expériences sur l'impact.

Avez-vous des projets pour la suite de la recherche maintenant que le projet est fini?

Nous avons des plans concrets avec une prolongation de notre recherche. Cela comprend de nouveaux capteurs supplémentaires sur les flotteurs et planeurs autonomes pour la pression partielle du CO2, le pH, l'oxygène et autres variables, ainsi qu'une extension et un soutien continu des mesures carboniques de routine à partir des navires commerciaux. Nous avons déjà commencé par l'actualisation de nos modèles océaniques grâce à des représentations améliorées des processus pour le prochain tour de projections climatiques qui seront soumises à des évaluations internationales. De nouvelles versions des synthèses de données internationales sur le carbone océanique sont déjà en cours, et nous voyons un énorme potentiel dans le développement de nouveaux concepts pour la modélisation de l'écosystème marin.
Une question importante pour les années à venir sera d'améliorer les budgets carboniques annuels aux niveaux mondial, mais aussi national et à l'échelle hydrologique. Nous développons de nouvelles approches pour l'estimation optimale de l'invasion progressive du CO2 dans l'océan et des variations des flux correspondants de CO2 air-mer en surface. Effacer les doutes quant à ces variables contribuera à un système de vérification du budget sur les gaz à effet de serre de pertinence politique élevée pour les 10 prochaines années. Des projets collaboratifs coordonnés et menés à l'échelle de l'UE s'avèrent être un moyen efficace de repousser les limites de la recherche des gaz à effet de serre et d'exploiter pleinement leurs résultats vers un avenir que l'on espère durable.

Pour plus d'informations, veuillez consulter:

CARBOCHANGE
https://carbochange.b.uib.no/

Source: D'après un entretien du numéro 43 du magazine research*eu consacré aux résultats.

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