Ocean memory amplifies Antarctica's sea-level contribution after climate overshoot

Les calottes glaciaires de l'Antarctique ne sont pas des blocs statiques d'eau gelée ; ce sont des rivières de glace dynamiques et lentes qui interagissent constamment avec l'air au-dessus et l'océan en dessous. Depuis des siècles, les scientifiques savent que lorsque l'atmosphère se réchauffe, la glace fond. Cependant, une force plus subtile et puissante est à l'œuvre sous les bords flottants de ces calottes glaciaires : l'océan. L'eau de mer chaude peut faire fondre la glace par le bas, amincissant les plateformes flottantes qui retiennent les impressionnants glaciers sur terre. Lorsque ces plateformes s'affaiblissent ou se brisent, les glaciers situés derrière elles accélèrent, déversant davantage de glace dans la mer et élevant le niveau mondial des eaux. Ce processus est régi par un concept connu sous le nom de « mémoire de l'océan ». Tout comme une tasse de café chaud met beaucoup de temps à refroidir même après que la température de la pièce a baissé, l'océan profond conserve la chaleur pendant des décennies ou des siècles après que l'air au-dessus de lui a commencé à se refroidir. Cette chaleur persistante signifie que l'océan peut continuer à éroder la glace bien après que l'atmosphère a commencé à se rétablir.

Ce délai crée une incertitude critique pour l'avenir du niveau de la mer. Si le monde parvient à réduire les émissions de gaz à effet de serre et à refroidir l'atmosphère, les calottes glaciaires cesseront-elles immédiatement de perdre de la masse, ou continueront-elles à rétrécir parce que l'océan reste chaud ? Une nouvelle étude dirigée par des chercheurs de l'Université de Tasmanie et de partenaires internationaux explore cette question à l'aide de simulations informatiques avancées. Ils ont posé une question spécifique et urgente : si la planète dépasse temporairement les limites de température fixées par l'Accord de Paris avant de se refroidir, combien de temps cette période de forte chaleur doit-elle durer pour causer des dommages irréversibles ? Plus important encore, la vitesse à laquelle l'océan se refroidit compte-t-elle plus que la vitesse à laquelle l'air se refroidit ? Les chercheurs ont découvert que la durée de l'exposition à la chaleur est importante, mais que le moment du rétablissement de l'océan est le véritable facteur déterminant. Même si l'air se refroidit rapidement, un océan à refroidissement lent peut continuer à provoquer la perte de glace pendant des générations, amplifiant l'élévation du niveau de la mer bien au-delà de ce que l'atmosphère seule suggérerait.

Pour étudier cela, l'équipe a utilisé un puissant modèle informatique de l'ensemble de la calotte glaciaire antarctique, un jumeau numérique qui simule la façon dont la glace s'écoule, fond et réagit aux changements de conditions. Ils ont commencé par un scénario de référence où la planète suit une trajectoire de faibles émissions, maintenant un réchauffement relativement modéré. Ensuite, ils ont créé plusieurs scénarios de « dépassement » (overshoot). Dans ces simulations, le climat a été soumis à une trajectoire d'émissions élevées pendant une période définie — 20, 50, 75 ou 100 ans — avant de revenir brusquement à la trajectoire de faibles émissions. Cela leur a permis de tester comment la durée de l'exposition à la chaleur affectait l'avenir de la calotte glaciaire. Ils ont également mené un ensemble distinct d'expériences pour voir ce qui se passerait si l'air se refroidissait rapidement tandis que l'océan restait chaud beaucoup plus longtemps, imitant la possibilité réelle que l'océan profond mette des siècles à dissiper sa chaleur.

Les résultats ont révélé une différence marquée entre les périodes de chaleur courtes et longues. Lorsque la contrainte de fortes émissions durait seulement 20 ou 50 ans, la perte de glace supplémentaire par rapport à la trajectoire de faibles émissions était relativement faible, ajoutant moins de 3 millimètres au niveau mondial de la mer d'ici l'an 2300. Cependant, à mesure que la durée de la chaleur augmentait, les dommages croissaient de manière non linéaire. Après 75 ans de forte contrainte, la contribution supplémentaire bondissait à 8,6 millimètres. Après 100 ans, elle grimpait à 21,5 millimètres. Cela suggère que réduire le temps passé par la planète dans un état de forte chaleur offre un bénéfice significatif, mais que la relation n'est pas une simple ligne droite ; plus la chaleur persiste, plus les conséquences deviennent graves. L'étude a également montré que l'emplacement de la perte de glace change au fil du temps. Dans les scénarios courts, la calotte glaciaire de l'Antarctique oriental était le principal contributeur à la perte supplémentaire, mais dans les scénarios les plus longs, la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental devenait la source dominante de fonte, une région connue pour sa vulnérabilité à un effondrement rapide.

La découverte la plus surprenante est apparue lorsque les chercheurs ont séparé le rétablissement de l'air de celui de l'océan. Dans un scénario, ils ont laissé l'atmosphère se refroidir après 50 ans de chaleur, mais ont maintenu la contrainte océanique élevée pendant 50 années supplémentaires. Dans ce cas, la contribution supplémentaire au niveau de la mer a grimpé en flèche pour atteindre 44,1 millimètres d'ici 2300, soit presque le double de la quantité observée lorsque l'air et l'océan refroidissaient ensemble après 50 ans. Cela s'est produit en raison d'un équilibre délicat entre la neige et la fonte. Lorsque l'atmosphère se refroidit, elle apporte généralement plus de chutes de neige, ce qui peut aider à remplacer la glace perdue. Cependant, si l'océan reste chaud, il continue de faire fondre la glace par le bas, affaiblissant les plateformes et accélérant le flux des glaciers. L'étude a révélé que la fonte océanique continue finissait par l'emporter sur les bénéfices de l'augmentation des chutes de neige. En fait, lorsque l'océan restait chaud alors que l'air se refroidissait, la calotte glaciaire perdait plus de masse que si la forte chaleur avait persisté à la fois dans l'air et dans l'océan. C'est parce que l'air plus froid réduisait les chutes de neige qui auraient autrement compensé la perte induite par l'océan.

Les chercheurs ont également testé comment différentes hypothèses concernant le comportement de la calotte glaciaire et les données climatiques affectaient ces résultats. Ils ont utilisé différents modèles climatiques et différentes méthodes de calcul de la vitesse à laquelle la glace glisse sur le socle rocheux. Bien que les chiffres exacts aient varié selon ces paramètres, le schéma principal restait inchangé : un rétablissement retardé de l'océan entraînait toujours une élévation plus grande du niveau de la mer. Qu'ils utilisent un modèle climatique standard ou un modèle prédisant plus de chutes de neige, le message restait cohérent. Si l'océan reste chaud alors que l'air se refroidit, la calotte glaciaire continue de perdre de la masse à un rythme accéléré. Cela confirme que la « mémoire » de l'océan est un facteur dominant pour l'avenir de l'Antarctique.

Ces simulations ne prédisent pas un avenir spécifique, mais elles mettent en lumière un risque critique dans notre trajectoire climatique actuelle. L'étude suggère que simplement abaisser les températures mondiales ne suffit pas à arrêter la contribution des calottes glaciaires à l'élévation du niveau de la mer si l'océan reste chaud. Le rétablissement de la calotte glaciaire dépend fortement de la rapidité avec laquelle l'océan dissipe sa chaleur. Si l'océan met des décennies ou des siècles à se refroidir, la glace continuera de reculer, poussée par la chaleur persistante sous les plateformes. Cela signifie que les bénéfices de la réduction des émissions pourraient être partiellement annulés si le rétablissement de l'océan est lent. Les conclusions soulignent que la lutte contre l'élévation du niveau de la mer ne concerne pas seulement la température maximale que la planète atteint, mais aussi la durée pendant laquelle la chaleur persiste dans l'océan profond. Pour les décideurs politiques et les planificateurs, cela ajoute une nouvelle couche de complexité : le calendrier du rétablissement climatique compte autant que la température de pointe elle-même. L'étude conclut que, bien que raccourcir la durée des émissions élevées soit un outil puissant pour limiter l'élévation du niveau de la mer, son succès dépend entièrement de la rapidité avec laquelle l'océan suit le mouvement. Sans un refroidissement rapide de l'océan, la calotte glaciaire continuera de payer le prix du réchauffement passé pendant des siècles à venir.