Comment les observations spatiales nous aident à mesurer l’état de nos océans, véritables thermomètres du changement climatique ?
Les océans sont des puits naturels qui absorbent et stockent le carbone de l’atmosphère. Le 8e rapport du Service marin de Copernicus analyse l’état de l’océan et analyse l’impact du changement climatique sur celui-ci. Ces analyses sont établies grâce aux observations spatiales, notamment en appliquant les techniques d’altimétrie et de gravimétrie pour lesquelles l’équipe de Magellium Artal Group est spécialiste depuis plus de 20 ans.
Publié le 1 octobre 2024
L’océan depuis l’Espace : un indicateur capital du changement climatique
Avec plus de 90 % de la chaleur excédentaire liée au réchauffement climatique absorbée par les océans, ces immenses réservoirs d’énergie sont des témoins silencieux du changement climatique et de l’évolution de notre planète. Décryptées depuis l’espace grâce aux techniques de gravimétrie et d’altimétrie, les données recueillies permettent de mesurer avec précision ces impacts notamment en ce qui concerne l’élévation du niveau de la mer et la température des océans. Ces mesures sont notamment illustrées à travers les projets MOHeaCAN et 4DAtlantic-OHC de l’ESA, pour lesquels notre équipe d’ingénieurs contribue depuis maintenant 5 ans.
Ces mesures sont sans cesse mises à jour et c’est précisément la mission de notre équipe d’ingénieurs-chercheurs chez Magellium Artal Group, dont les travaux scientifiques ont contribué dernièrement au rapport sur l’état de l’océan du Service marin de Copernicus (CMEMS). Ce document, publié chaque année depuis 2016 (à l’exception de 2017), est un rapport de référence de l’Union Européenne qui offre une évaluation complète de l’état des océans du globe, destinée aux scientifiques, législateurs et décideurs. Il s’appuie sur des données de réanalyse, de télédétection et in situ pour analyser l’océan sous toutes ses dimensions, tout en sensibilisant le public aux enjeux marins. Dans ce 8ème rapport, publié le 30 septembre dernier, l’équipe “Climat” de Magellium Artal Group a contribué à deux articles scientifiques.
Les techniques pour mesurer le changement climatique à travers nos océans
L’altimétrie et la gravimétrie, techniques d’observation de géodésie spatiale, permettent de mesurer avec précision l’augmentation du niveau marin et d’en identifier les causes.
En effet, le niveau des mers s’accroît en raison du réchauffement climatique d’origine anthropique agissant de deux façons principales. Le niveau des mers croît tout d’abord en raison de la fonte des glaces continentales, incluant les calottes polaires et les glaciers continentaux, sous l’effet du réchauffement des océans et de l’atmosphère. Ensuite, à mesure que les océans absorbent la chaleur excédentaire due à l’émission massive de gaz à effet de serre, leur volume augmente. C’est ce qu’on appelle la dilatation thermique.
Grâce à l’altimétrie – méthode développée il y a plus de 30 ans – les satellites peuvent mesurer les variations de la hauteur de la surface de l’océan avec une précision millimétrique. La gravimétrie spatiale, quant à elle, permet d’évaluer la composante de masse de ces variations, c’est-à-dire l’apport d’eau douce lié à la fonte des glaces et les échanges d’eau douce entre océans et continents.
Ces deux techniques sont complémentaires et effectives sur la quasi-totalité de l’océan : tandis que les mesures altimétriques détectent les changements de volume des océans, les données gravimétriques permettent de déterminer la répartition des masses d’eau.
En combinant ces deux méthodes de mesure, les scientifiques peuvent finalement estimer la quantité de chaleur absorbée par les océans et en déduire le déséquilibre énergétique planétaire (EEI).
Le déséquilibre énergétique planétaire est défini comme la différence entre l’énergie solaire incidente et l’énergie réémise au sommet de l’atmosphère. Il est le résultat direct de l’accumulation de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, accentuant le réchauffement des océans et accélérant ainsi l’élévation du niveau de la mer.
Les équipes de Magellium Artal Group travaillent à l’amélioration des traitements de ces données d’observation satellitaires à travers plusieurs projets, financés par l’ESA, l’Union Européenne (notamment via le Service marin Copernicus), le CNRS et le CNES et réalisés en en étroite collaboration avec le LEGOS (Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales). Ces données sont accessibles gratuitement sur le site internet AVISO, portail de référence de l’altimétrie du CNES. Les produits d’observation de l’océan issus de la gravimétrie spatiale sont librement accessibles sur cette page. Les produits du contenu en chaleur des océans et du déséquilibre énergétique de la Terre peuvent quant à eux être consultés librement sur cette page.
L’accélération du réchauffement des océans mesurée avec la géodésie spatiale
La géodésie spatiale rend possible la quantification de ce phénomène avec une très grande précision, et les résultats sont sans équivoque : entre 1993 et 2022, les océans n’ont cessé d’emmagasiner de la chaleur.
L’estimation du contenu en chaleur de l’océan et du déséquilibre énergétique de la Terre repose sur la capacité de ces observations spatiales à détecter des changements subtils de hauteur et de masse des océans, permettant d’isoler ces variations de température. En mesurant ces variations sur près de trois décennies, les scientifiques ont mis en évidence la vitesse à laquelle se réchauffent les océans (0.75 W/m2 au cours de cette période), une estimation cohérente avec d’autres estimations indépendantes. Les résultats de l’étude indiquent par ailleurs une très probable augmentation du déséquilibre énergétique, c’est-à-dire une accélération du réchauffement des océans et du système Terre au cours des deux dernières décennies.
Ce constat souligne l’importance de disposer de mesures altimétriques et gravimétriques continues et précises afin d’évaluer de plus en plus rigoureusement l’évolution du déséquilibre énergétique de notre planète.
Mettre en place des métriques plus ciblées pour mesurer les impacts du changement climatique
Cet article propose d’explorer les variations de masse du niveau marin, dites barystatiques à l’échelle globale et manométrique à l’échelle régionale.
A l’échelle globale, les variations barystatiques du niveau de la mer correspondent aux transferts de masses d’eau entre les continents et les océans, dus principalement à la fonte des calottes polaires et des glaciers continentaux, ainsi qu’aux échanges d’eau douce avec les grands bassins hydrologiques, comme celui de l’Amazone. A l’échelle régionale, la redistribution des masses d’eau liée à la circulation atmosphérique et océanique doit être prise en compte.
Ce travail est réalisé en collaboration avec nos partenaires italiens du CNR-ISMAR, premiers auteurs de cet article, et s’appuie sur une combinaison d’analyses par gravimétrie, altimétrie et réanalyses, renforcée par des observations in situ.
L’étude des variations manométriques dans trois grands bassins océaniques permet d’identifier les signaux émergents à des échelles de temps mensuelles à pluri-annuelles. En analysant les données sur plusieurs décennies, les auteurs peuvent observer comment ces variations sont influencées par les phénomènes climatiques à grande échelle, tels que l’oscillation australe El Niño ou l’oscillation nord-atlantique. Ces phénomènes cycliques affectent de manière considérable la répartition des masses d’eau, provoquant des changements dans le niveau marin à l’échelle régionale, aussi bien à court terme (subannuel) qu’à long terme (interannuel).
Une meilleure connaissance de ces mécanismes est essentielle pour comprendre les moteurs des variations du niveau marin et améliorer les modèles de circulation générale océanique dans un contexte de changement climatique. De meilleures observations intégrées de façon plus systématique aux modèles climatiques permettraient également d’améliorer les prévisions du changement climatique destinées à la communauté scientifique, aux décideurs et législateurs et au grand public.
L’apport de ces recherches pour la communauté scientifique et l’étude du changement climatique
Ces travaux de recherches menés par notre équipe d’ingénieurs et de chercheurs sont liés et s’inscrivent dans l’effort global d’une meilleure compréhension de l’impact du changement climatique sur les océans et, par extension, de notre planète.
Les méthodes développées comportent de nombreux avantages et sont complémentaires aux systèmes de mesure in situ classiques utilisant des flotteurs. Les observations satellitaires fournissent des données de façon homogène, sur la quasi-totalité des océans, de la surface jusqu’aux profondeurs et permettent ainsi de sonder des zones difficiles d’accès.
Les méthodes développées englobent également la capacité à caractériser l’incertitude des mesures satellitaires. Les résultats présentés dans ces études, aussi précis soient-ils, comprennent tous une barre d’incertitude. La connaissance du niveau d’incertitude associé à chaque métrique est essentielle pour en permettre une interprétation robuste et fiable.
Les différentes études menées à Magellium Artal Group jouent un rôle essentiel dans l’amélioration des outils d’observation de la Terre. Plus largement, ces travaux de recherche ouvrent également la voie à des politiques publiques plus informées qui peuvent les aider à être plus efficaces face aux défis climatiques.
