Mesurer le déséquilibre énergétique de la Terre: un impératif pour la surveillance du changement climatique

Partant du postulat que l’évolution du climat est liée à un déséquilibre énergétique de la planète qui se traduit par une accumulation de chaleur dans le système climatique de la Terre, une équipe de recherche internationale comprenant des chercheurs de l’Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / UTLN / IRD / AMU), de Mercator Océan et du Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, UPS / CNRS / CNES / IRD) ont analysé les différentes méthodes de mesure de ce déséquilibre énergétique et déterminé l’approche la plus prometteuse en termes de précision, approche qu’il conviendrait de favoriser à l’avenir.

Sur des échelles de temps longues et en l’absence de perturbations, le système climatique se trouve dans un état d’équilibre énergétique : la Terre ré-émet vers l’espace autant d’énergie qu’elle en reçoit du soleil. Cependant, tout changement dans les forçages externes au système, dû par exemple à des éruptions volcaniques, à des variations de la quantité d’énergie solaire reçue par la Terre ou encore à des perturbations d’origine anthropique, produit un déséquilibre énergétique temporaire ou à long-terme, avec pour conséquence une modification du climat.
Une perturbation majeure à l’œuvre aujourd’hui est le changement de composition de l’atmosphère dû aux émissions de gaz à effet de serre par les activités humaines. Cet effet de serre additionnel dont l’existence remonte au début de la révolution industrielle, mais qui est détectable surtout depuis le milieu du XXe siècle, produit une accumulation de chaleur dans le système climatique et donc un déséquilibre énergétique à l’origine du réchauffement global observé actuellement.
L’amélioration depuis 2-3 décennies des performances des différents systèmes d’observation spatiaux et in situ ainsi que de la modélisation du climat a permis de quantifier ce déséquilibre énergétique, ou excès de chaleur, avec une précision sans cesse croissante.
Aujourd’hui, les mesures de la température de l’océan collectées depuis quelques décennies permettent par exemple d’estimer que 93 % de l’excès de chaleur est stocké dans l’océan. Les 7% restants servant à réchauffer l’atmosphère et les surfaces continentales ainsi qu’à faire fondre les glaces (banquise, glaciers et calottes polaires). Le réchauffement de l’océan et la fonte des glaces continentales ont notamment pour conséquence une hausse du niveau moyen global de la mer.
Le déséquilibre énergétique, c’est-à-dire l’accumulation de chaleur dans le système climatique est bien le fondement même du changement climatique actuel, la fonte des glaces ou la hausse du niveau marin n’étant que des symptômes de ce déséquilibre.

Représentation schématique du déséquilibre d’énergie de la Terre et de l'écoulement et du stockage de l'énergie dans le système climatique terrestre ainsi que des conséquences liées ; (a) excès de chaleur dû aux activités humaines et (b) "symptômes" liés à cet excès de chaleur (E- P = évaporation - précipitations).
Une équipe internationale comprenant des chercheurs issus du MIO, de Mercator Océan et du LEGOS a analysé les différentes méthodes permettant d’accéder à ce paramètre fondamental et aux incertitudes associées. Après cet état des lieux, les chercheurs ont proposé une série de recommandations destinées à améliorer la connaissance de ce phénomène.
Ils ont montré en particulier que l’approche la plus prometteuse en termes de précision est l’analyse combinée des mesures du contenu thermique total de l’océan et du bilan énergétique net au sommet de l’atmosphère. Le contenu thermique de l’océan est aujourd’hui accessible, mais pour les 2 000 premiers mètres de l’océan seulement, grâce au système international de flotteurs automatiques Argo. Le développement d’un système Argo "profond" donnant la température de l’océan sur toute la colonne d’eau est une recommandation forte. En parallèle, le développement de senseurs spatiaux permettant la mesure absolue, et pas seulement les variations au cours du temps, du flux d’énergie net au sommet de l’atmosphère est aussi vivement souhaité.