Effets du réchauffement climatique sur les océans

Un certain nombre de facteurs affectent l'élévation du niveau de la mer, tels que l'expansion thermique de l'eau de mer, la fonte des glaciers et des calottes glaciaires, et peut-être les perturbations humaines sur les eaux souterraines. Le consensus de nombreuses études sur les relevés des marégraphes côtiers est qu'au cours du siècle dernier, le niveau de la mer a augmenté dans le monde entier d'une moyenne de 1 à 2 mm/an, reflétant un flux net de chaleur à la surface des terres et des océans.

Des études correspondantes fondées sur l'altimétrie par satellite montrent que ce taux a augmenté de plus de 3 mm/an au cours des 20 dernières années qui ont fait l'objet d'un suivi plus complet[3]. Une récente revue de la littérature[4] suggère que 30% de l'élévation du niveau de la mer depuis 1993 est du à l'expansion thermique et 55% à la fonte des glaces continentales, toutes deux résultant du réchauffement des températures mondiales. Dans une autre étude[5], des résultats estiment que le contenu thermique de l'océan dans les 700 mètres supérieurs a augmenté de manière significative entre 1955 et 2010. Il convient de rappeler que dans ce contexte, l'utilisation du mot « chaleur » est extrêmement impropre, car la chaleur ne peut pas être stockée dans un corps mais seulement échangée entre les corps. Les observations des changements du « contenu calorifique » de l'océan sont importantes pour fournir des estimations réalistes sur l'évolution de l'océan avec le réchauffement climatique. Une étude encore plus récente de contributions au niveau mondial sur la mer, s'appuyant sur des mesures par satellite des fluctuations de la gravité, suggère que la fonte des deux grandes calottes glacières à elle seule augmente le niveau mondial de la mer d'environ 1 mm/an[6]. Dans une étude de modélisation récente[7], des scientifiques ont utilisé un modèle du système terrestre pour étudier plusieurs variables de l'océan, dont l'une était le « contenu calorifique » des océans au cours des derniers siècles. Le modèle du système terrestre a incorporé l'atmosphère, les processus de surface terrestre et d'autres composants terrestres pour le rendre plus réaliste et similaire aux observations. Les résultats de leur simulation de modèle ont montré que depuis 1500, le « contenu calorifique » océanique des 500 mètres supérieurs a augmenté.

Le lien entre l'élévation du niveau de la mer et l'expansion thermique des océans découle de la loi de Charles (également connue sous le nom de loi des volumes), qui dit simplement que le volume d'une masse donnée est proportionnel à sa température. Cette contribution au niveau de la mer est surveillée par les océanographes à l'aide d'une succession d'instruments de mesure de la température, qui sont ensuite compilés dans des centres de données nationaux tels que le National Oceanographic Data Center des États-Unis. Le cinquième rapport d'évaluation du Groupe d'experts international sur l'évolution du climat (GIEC) estime que les couches superficielles de l'océan (de la surface jusqu'à 750 m de profondeur) se sont réchauffées de 0,09 à 0,13 °C par décennie au cours des 40 dernières années[8]. Parmi les autres processus importants qui influencent le niveau mondial de la mer, citons les perturbations du stockage des eaux souterraines, notamment par les barrages et réservoirs.

Le réchauffement climatique a également un énorme impact sur la fonte des glaciers et des calottes glaciaires. Des températures mondiales plus élevées font fondre des glaciers comme celui du Groenland[9] qui se jettent dans les océans, augmentant ainsi la quantité d'eau de mer. Une élévation importante (de l'ordre de plusieurs pieds) du niveau mondial de la mer représente de nombreuses menaces. Selon l'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis, « une telle augmentation inonderait les zones humides côtières et les terres basses, éroderait les plages, augmenterait le risque d'inondations et augmenterait la salinité des estuaires, des aquifères et des zones humides »[10].

À la montée mondiale du niveau de la mer se superpose une forte variabilité régionale et décennale qui peut entraîner une baisse du niveau de la mer le long d'un littoral particulier (par exemple le long de la côte est du Canada) ou une augmentation plus rapide que la moyenne mondiale. Les régions qui ont montré une élévation rapide du niveau de la mer au cours des deux dernières décennies comprennent le Pacifique tropical occidental et la côte nord-est des États-Unis. Ces variations régionales du niveau de la mer sont le résultat de nombreux facteurs, tels que les taux de sédimentation locaux, la géomorphologie, le rebond post-glaciaire et l'érosion côtière. Les grandes tempêtes, comme l'ouragan Sandy dans l'Atlantique Est, peuvent considérablement modifier les côtes et affecter également l'élévation du niveau de la mer.

Les régions côtières seraient les plus touchées par l'élévation du niveau de la mer. Le long des côtes continentales, en particulier en Amérique du Nord, elle est beaucoup plus importante que la moyenne mondiale. Selon les estimations de 2007 du Panel international sur le changement climatique (GIEC), « le niveau moyen mondial de la mer augmentera entre 0,18 et 0,59 mètre au cours du siècle prochain[11]. Le long des côtes médio-atlantiques et du golfe des États-Unis, cependant, il a augmenté au cours du siècle dernier de 12 à 15 cm de plus que la moyenne mondiale. Cela est dû à la disparition des terres côtières. Le niveau de la mer le long de la côte américaine du Pacifique a également augmenté plus que la moyenne mondiale, mais moins que le long de la côte atlantique. Cela peut s'expliquer par les marges continentales variables le long des deux côtes ; la marge continentale de type atlantique se caractérise par un large plateau continental en pente douce, tandis que la marge continentale de type pacifique comprend un plateau étroit et une pente descendant dans une tranchée profonde[12]. Étant donné que les régions côtières à faible pente devraient reculer plus rapidement que les régions à pente plus élevée, la côte atlantique est plus vulnérable à l'élévation du niveau de la mer que la côte Pacifique[13].

L'élévation du niveau de la mer le long des régions côtières a des implications pour un large éventail d'habitats et d'habitants. Premièrement, l'élévation du niveau de la mer aura un impact sérieux sur les plages. Les propriétés en bord de mer sont idéales du fait d'un climat plus tempéré et d'un paysage agréable, mais elles sont menacées par l'érosion des terres et l'élévation du niveau de la mer. Depuis que la menace posée par l'élévation du niveau de la mer est devenue plus importante, les propriétaires fonciers et les autorités locales ont pris des mesures pour se préparer au pire. Par exemple, « le Maine a promulgué une politique déclarant que les bâtiments en bord de mer devront être déplacés pour permettre aux plages et aux zones humides de migrer à l'intérieur des terres vers des terrains plus élevés »[10]. De plus, de nombreux États côtiers ajoutent du sable à leurs plages pour compenser l'érosion des côtes, et de nombreux propriétaires ont élevé leurs structures dans les zones basses. À la suite de l'érosion et de la ruine des propriétés par de grandes tempêtes sur les terres côtières, les gouvernements ont envisagé d'acheter des terres et de faire déménager les résidents plus à l'intérieur des terres[14]. Les mers absorbent désormais une grande partie du dioxyde de carbone généré par l'homme, ce qui affecte ensuite les changements de température. Les océans stockent 93% de cette énergie, ce qui contribue à maintenir la planète vivable en modérant les températures.

Les zones humides sont également menacées par l'élévation du niveau de la mer, elles qui « se trouvent le long des marges des estuaires et d'autres zones côtières qui sont protégées du large et comprennent des marécages, des vasières, des marais côtiers et des bayous »[15]. Elles se trouvent à plusieurs pieds du niveau de la mer, la menace est donc grave, car ce sont des écosystèmes très productifs et elles ont un impact énorme sur l'économie des zones environnantes. Aux États-Unis, les zones humides disparaissent rapidement en raison d'une augmentation du logement, de l'industrie et de l'agriculture, et l'élévation du niveau de la mer contribue à cette tendance dangereuse. À cause de l'élévation du niveau de la mer, les limites extérieures des zones humides ont tendance à s'éroder, formant de nouvelles zones humides plus à l'intérieur des terres. Selon l'EPA, « la quantité de zones humides nouvellement créées pourrait toutefois être beaucoup plus petite que la zone perdue de zones humides - en particulier dans les zones développées protégées par des cloisons, des digues et d'autres structures qui empêchent la formation de nouvelles zones humides à l'intérieur des terres »[16]. Lors de l'estimation d'une élévation du niveau de la mer au cours du prochain siècle de 50 cm, les États-Unis perdraient de 38% à 61% de leurs zones humides côtières existantes[17].

Une élévation du niveau de la mer aura un impact négatif non seulement sur la propriété et l'économie côtières mais également sur notre approvisionnement en eau douce. Selon l'EPA, « l'élévation du niveau de la mer augmente la salinité des eaux de surface et des eaux souterraines par l'intrusion d'eau salée »[16]. Les estuaires côtiers et les aquifères courent donc un risque élevé de devenir trop salins à cause de l'élévation du niveau de la mer. En ce qui concerne les estuaires, une augmentation de la salinité menacerait les animaux aquatiques et les plantes qui ne peuvent tolérer des niveaux élevés de salinité. Les aquifères servent souvent de principal approvisionnement en eau aux régions environnantes, comme l'aquifère de Biscayne en Floride, qui reçoit de l'eau douce des Everglades et fournit ensuite de l'eau aux Florida Keys. L'élévation du niveau de la mer submergerait les zones basses des Everglades et la salinité augmenterait considérablement dans certaines parties de l'aquifère. L'augmentation considérable du niveau de la mer et la diminution des quantités d'eau douce le long des côtes de l'Atlantique et du Golfe rendraient ces zones plutôt inhabitables. De nombreux économistes prédisent que le réchauffement climatique sera l'une des principales menaces économiques pour la côte ouest, en particulier en Californie. « Les zones côtières basses, comme le long de la côte du Golfe, sont particulièrement vulnérables à l'élévation du niveau de la mer et à des tempêtes plus violentes - et ces risques se reflètent dans la hausse des taux d'assurance et des primes. En Floride, par exemple, le prix moyen d'une police d'assurance habitation a augmenté de 77% entre 2001 et 2006 »[18].

Étant donné que l'élévation du niveau de la mer pose un problème urgent non seulement aux communautés côtières mais également à l'ensemble de la population mondiale, de nombreuses recherches scientifiques ont été menées pour analyser les causes et les conséquences d'une élévation du niveau de la mer. Le US Geological Survey a mené de telles recherches, traitant de la vulnérabilité des côtes à l'élévation du niveau de la mer et incorporant six variables physiques pour analyser les changements du niveau de la mer : la géomorphologie, la pente côtière (pourcentage), le taux d'élévation relative du niveau de la mer (mm/an), le taux d'érosion et d'accélération du littoral (m/an), l'amplitude moyenne des marées (m) et la hauteur moyenne des vagues (m)[19]. La recherche a été menée sur les différentes côtes des États-Unis, et les résultats sont très utiles comme référence future. Le long de la côte du Pacifique, les zones les plus vulnérables sont les plages basses et « leur sensibilité est principalement fonction de la géomorphologie et de la pente côtière »[20]. En ce qui concerne les recherches effectuées le long de la côte atlantique, les zones les plus vulnérables à l'élévation du niveau de la mer se trouvaient le long de la côte médio-atlantique (du Maryland à la Caroline du Nord) et du nord de la Floride, car ce sont « généralement des côtes à haute énergie où les régions la pente côtière est faible et où le principal type de relief est une île barrière »[21]. Pour la côte du Golfe, les zones les plus vulnérables se trouvent le long de la côte Louisiane-Texas. Selon les résultats, « les zones les plus vulnérables sont généralement les zones de plage et de marais plus basses ; leur sensibilité est principalement fonction de la géomorphologie, de la pente côtière et du taux d'élévation relative du niveau de la mer »[22].

De nombreux humanitaires et environnementalistes pensent que la politique doit s'impliquer davantage dans la réduction des émissions de CO2. Les humains ont une influence substantielle sur l'élévation du niveau de la mer parce que nous émettons des niveaux croissants de dioxyde de carbone dans l'atmosphère par l'utilisation de l'automobile et l'industrie. Ceci entraîne des températures globales plus élevées, puis une dilatation thermique de l'eau de mer et la fonte des glaciers et des calottes glaciaires.

Les effets de l'acidification des océans sont déjà visibles et se produisent depuis le début de la révolution industrielle, les niveaux de pH de l'océan chutant de 0,1 depuis l'époque de la révolution préindustrielle[34]. Un effet appelé blanchissement des coraux peut être observé sur la grande barrière de corail en Australie, où les effets de l'acidification des océans se produisent déjà. Le blanchissement des coraux se produit lorsque des organismes unicellulaires qui contribuent à la constitution du corail commencent à mourir et laissent le corail lui donnant un aspect blanc[35]. Ces organismes unicellulaires sont importants pour le corail pour se nourrir et obtenir la nutrition appropriée qui est nécessaire pour survivre, laissant le corail faible et mal nourri. Une acidité accrue peut également dissoudre la coquille d'un organisme, menaçant des groupes entiers de crustacés et de zooplancton et, à son tour, présentant une menace pour la chaîne alimentaire et l'écosystème.

Sans coquilles solides, survivre et grandir devient plus un défi pour la vie marine qui dépend des coquilles calcifiées. Les populations de ces animaux deviennent plus petites et les membres individuels de l'espèce s'affaiblissent. Les poissons qui dépendent de ces petits animaux qui construisent des coquillages pour se nourrir ont maintenant un approvisionnement réduit, et les animaux qui ont besoin de récifs coralliens pour s'abriter ont maintenant moins de protection. Les effets de l'acidification des océans diminuent la taille des populations de la vie marine et peuvent perturber l'économie si suffisamment de poissons meurent, ce qui peut gravement nuire à l'économie mondiale, car l'industrie de la pêche gagne beaucoup d'argent dans le monde.

L'acidification des océans peut également avoir des effets sur les larves de poissons marins. Elle affecte en interne leurs systèmes olfactifs, ce qui est une partie cruciale de leur développement, en particulier au début de leur vie. Les larves de poisson-clown orange vivent principalement sur les récifs océaniques qui sont entourés d'îles végétales[36]. Grâce à leur odorat, les larves sont connues pour pouvoir détecter les différences entre les récifs entourés d'îles végétales et les récifs non entourés d'îles végétatives. Les larves de poissons-clowns doivent pouvoir distinguer ces deux destinations pour pouvoir localiser une zone satisfaisante pour leur croissance. Une autre utilisation des systèmes olfactifs des poissons marins est d'aider à déterminer la différence entre leurs parents et les autres poissons adultes afin d'éviter la consanguinité.

À l'aquarium expérimental de l'Université James Cook, des poissons clowns ont été maintenus dans de l'eau de mer non manipulée qui a obtenu un pH de 8,15 ± 0,07, similaire au pH de notre océan actuel. Pour tester les effets de différents niveaux de pH, l'eau de mer a été manipulée à trois niveaux de pH différents, y compris le pH non manipulé. Les deux niveaux de pH opposés correspondent aux modèles de changement climatique qui prédisent les niveaux futurs de CO2 atmosphérique[36]. En l'an 2100, le modèle prédit que nous pourrions potentiellement acquérir des niveaux de CO2 à 1 000 ppm, ce qui correspond au pH de 7,8 ± 0,05. En continuant encore plus loin dans le siècle prochain, nous pourrions avoir des niveaux de CO2 à 1 700 ppm, correspondant à un pH de 7,6 ± 0,05.

Les résultats de cette expérience montrent que lorsque les larves sont exposées à un pH de 7,8 ± 0,05, leur réaction aux signaux environnementaux diffère considérablement de la réaction des larves aux signaux à un pH non manipulé. Non seulement cela affectait leur réaction aux signaux environnementaux, mais leur réaction aux signaux parentaux était également biaisée par rapport aux larves élevées à un pH non manipulé de 8,15 ± 0,07. Au pH de 7,6 ± 0,05, les larves n'ont réagi à aucun type de signal. Ceci montre les résultats négatifs qui pourraient être l'avenir des larves des poissons marins.

Comme indiqué précédemment, la vie marine a diminué en pourcentage au fil du temps en raison de l'augmentation de la pollution des océans étant le principal composant plastique consommé par les animaux marins[40]. Parallèlement à la vie marine, les humains sont également affectés par la pollution des océans. L'une des plus grandes industries de protéines animales, car c'est l'industrie des fruits de mer, est affectée car la vie marine a diminué et il est prévu que si elles continuent à utiliser les techniques nocives utilisées, d'ici 2048, il y a la possibilité d'un océan sans poisson. L'industrie des fruits de mer a un impact important sur l'industrie alimentaire mondiale, fournissant de la nourriture à environ 3 milliards de personnes[41]. L'un des nombreux régimes célèbres et à la mode qui existe est le régime pescatarien, dans lequel les adeptes des régimes végétariens ajoutent du poisson ou d'autres types de fruits de mer afin d'obtenir les nutriments du poisson[42]. Si cela arrive au point où l'industrie des fruits de mer continue de croître, car plus de gens se joignent à ce type de tendances alimentaires et mangent plus de poisson (plus de demande signifie plus de production[43]), et en utilisant des techniques qui détériorent la vie marine au-delà de la capture les animaux nous nous retrouverons au point de non retour : là où la vie marine est éteinte et nous en tant qu'humains ne serons pas en mesure de consommer comme bonne source de protéines afin de répondre aux nécessités requises. La pollution des océans ne signifie pas que seule la vie marine est endommagée, mais aussi que nous en tant qu'humains nous priverons d'un grand privilège car ce sont les fruits de mer et la vie marine.

• (en) Titus, The Potential Effects of Global Climate Change on the United States, décembre 1989, 119 p.
• (en) Alan P. Trujillo et Harold V. Thurman, Essentials of Oceanography, New Jersey, Pearson Education, Inc., 2005
• (en) Alan P. Trujillo et Harold V. Thurman, Essentials of oceanography, New Jersey, Pearson Education, Inc., 2008
• (en) « Coastal Areas Impacts & Adaptation » [archive du 14 juin 2012], United States Environmental Protection Agency (consulté le 11 juin 2012)
• (en) Doney, Ruckelshaus, Duffy et Barry, « Climate Change Impacts on Marine Ecosystems », Annual Review of Marine Science, vol. 4,‎ 2012, p. 11–37 (PMID 22457967, DOI 10.1146/annurev-marine-041911-111611, Bibcode 2012ARMS....4...11D)

• (en) « DÉCOUVREZ les données satellitaires sur l'océan et le climat depuis 1979 de la NASA », sur discover.itsc.uah.edu (consulté le 25 mai 2021)