Un « raccourci mécanique » des profondeurs océaniques pourrait réviser les estimations du transport du carbone

Un « raccourci mécanique » des profondeurs océaniques pourrait réviser les estimations du transport du carbone

Une nouvelle étude publiée dans Science Advances suggère que l’un des processus de transport du carbone les plus importants de l’océan pourrait déplacer la matière organique vers le bas plus rapidement et plus efficacement que beaucoup d’observateurs ne l’avaient supposé. Des chercheurs dirigés par l’Institute of Marine Sciences et le Barcelona Supercomputing Center ont constaté que la remontée et l’enfoncement à grande échelle en hiver dans l’Atlantique Nord subpolaire peuvent agir comme un « raccourci mécanique », entraînant des particules organiques riches en nutriments de la surface vers des profondeurs supérieures à 1 000 mètres.

Cette découverte est importante parce que l’océan est l’un des régulateurs centraux du climat terrestre. Lorsque la matière organique formée près de la surface est transférée vers l’océan profond puis, à terme, vers les fonds marins, le carbone peut être stocké loin de l’atmosphère pendant de longues périodes. Mesurer ce chemin reste toutefois difficile, car il englobe tout, de l’activité biologique de surface au transport en eau profonde. Ce nouveau travail vise à quantifier un processus qui a pu être sous-estimé dans cette chaîne.

Une route plus rapide que la gravité seule

Dans les descriptions classiques de l’exportation du carbone marin, les particules organiques coulent progressivement sous l’effet de la gravité. Ce mécanisme reste important, mais la nouvelle étude soutient qu’il ne raconte pas toute l’histoire. Dans des régions comme les mers du Labrador et d’Irminger, les conditions hivernales peuvent déclencher des épisodes où les eaux de surface deviennent plus denses, s’enfoncent rapidement et contribuent à la convection profonde.

Les vents froids et puissants de l’hiver refroidissent les eaux de surface jusqu’à ce qu’elles deviennent suffisamment lourdes pour plonger vers le bas. Ce processus, appelé convection profonde, est déjà reconnu comme faisant partie de la circulation de long terme qui relie les océans du monde et aide à réguler le climat. Ce que soulignent les chercheurs, c’est que ce même processus peut aussi entraîner des microalgues vivantes et des débris organiques bien plus rapidement que la lente sédimentation habituelle des particules.

C’est pourquoi l’équipe décrit ce trajet comme un raccourci mécanique. Au lieu d’attendre que la matière tombe à travers la colonne d’eau sous son propre poids, l’océan saisit en pratique cette matière et l’emporte vers le bas par à-coups, mais avec puissance. Selon le texte source, cette voie est régionale et épisodique, mais elle est aussi bien plus efficace que la sédimentation gravitaire lorsqu’elle se produit.

Ce que les chercheurs ont observé dans l’Atlantique Nord

L’étude a combiné des mesures du monde réel et des simulations informatiques avancées. Les scientifiques ont analysé des données provenant des flotteurs Biogeochemical-Argo, des robots sous-marins autonomes qui dérivent et recueillent des mesures à des profondeurs d’environ 1 000 mètres. Dans les données recueillies entre 2014 et 2017, l’équipe a détecté des pics surprenants de chlorophylle dans les mers profondes du Labrador et d’Irminger, coïncidant avec d’intenses épisodes d’enfoncement des eaux de surface.

Cette observation ressortait parce que la chlorophylle est généralement associée à la couche de surface éclairée par le soleil, où vivent les organismes photosynthétiques. Trouver des signaux élevés de chlorophylle à de telles profondeurs suggérait que la matière provenant de l’océan supérieur avait été transportée rapidement vers le bas, plutôt que de se dégrader lentement avant d’y parvenir.

Les simulations ont aidé l’équipe à tester et quantifier cette interprétation. En combinant les observations des flotteurs avec une modélisation haute performance, les chercheurs ont pu retracer comment la convection hivernale peut injecter de la matière organique fraîche dans l’océan profond à des échelles de temps courtes. Le résultat offre une image plus nette d’un processus de transport difficile à saisir avec un simple échantillonnage conventionnel.

Pourquoi cela change la conversation sur le stockage du carbone

L’importance pratique de l’étude ne se limite pas à un détail océanographique. La comptabilisation du carbone en mer dépend de la compréhension de la quantité de matière organique qui quitte la surface, de la vitesse à laquelle elle voyage, de la part qui se dégrade en descendant, et de la part qui atteint des profondeurs où un stockage à long terme devient plus plausible. Si la convection profonde peut déplacer la matière vers le bas plus rapidement que prévu, les estimations existantes pourraient manquer une partie du calendrier ou de l’ampleur de l’exportation du carbone dans certaines régions.

Le texte source prend soin de ne pas présenter cela comme un mécanisme universel opérant partout et en permanence. Le processus est décrit comme intermittent et régional. Mais régional ne veut pas dire anodin. L’Atlantique Nord subpolaire est climatiquement important, et les processus qui s’y déroulent peuvent influencer la manière dont les scientifiques modélisent la circulation océanique, la productivité biologique et la séquestration du carbone.

L’étude renforce aussi un point scientifique plus large : la dynamique physique de l’océan et le cycle biologique du carbone ne peuvent pas être considérés comme des systèmes séparés. Les organismes de surface peuvent produire la matière organique, mais les vents, les changements de densité et la circulation de renversement peuvent façonner fortement l’endroit où cette matière finit par se retrouver. Dans ce cas, la physique hivernale semble accélérer une partie de la pompe biologique du carbone.

Les robots et les supercalculateurs comme outils climatiques

Cette recherche rappelle aussi à quel point la science du climat dépend de plus en plus de la détection distribuée et du calcul intensif. Les flotteurs Biogeochemical-Argo ont fourni le type d’observations continues et résolues en profondeur qu’il serait difficile et coûteux d’obtenir uniquement par des campagnes en navire. Comme ils dérivent dans des eaux éloignées et échantillonnent à plusieurs reprises la colonne d’eau, ces flotteurs peuvent capter des événements brefs qui passeraient autrement inaperçus.

Le calcul intensif transforme ensuite ces observations en explication à l’échelle du système. Dans un environnement complexe comme l’Atlantique Nord subpolaire, les mesures seules peuvent montrer qu’un événement inhabituel s’est produit sans en révéler pleinement le mécanisme. Les simulations numériques permettent aux chercheurs de tester si les signaux profonds de chlorophylle observés correspondent au comportement attendu d’un transport induit par la convection, et d’estimer l’ampleur de cet effet.

Cette combinaison d’instruments autonomes et de modélisation informatique devient centrale dans la science du système terrestre. Elle permet aux scientifiques de passer d’instantanés à une compréhension des processus, en particulier dans des endroits où les tempêtes hivernales et l’éloignement géographique rendent l’observation directe difficile.

La suite

La principale implication de l’étude est que les scientifiques devront peut-être accorder une attention plus soutenue aux événements saisonniers d’exportation, physiquement déclenchés, lorsqu’ils évaluent le rôle de l’océan dans le stockage du carbone. Si le transport rapide vers le bas lors de la convection hivernale emporte de la matière organique fraîche plus profondément que prévu, cela pourrait modifier la manière dont les chercheurs interprètent les observations de terrain et les modèles climatiques à grande échelle.

Les travaux futurs se concentreront probablement sur la fréquence de ce phénomène, sur la quantité de carbone en jeu et sur l’existence éventuelle de voies similaires, de type raccourci, dans d’autres régions océaniques. Une autre question ouverte concerne la part de matière exportée qui survit finalement à la dégradation et contribue à une séquestration à plus long terme près du système des fonds marins ou en son sein.

Même avec ces inconnues, l’étude précise la manière dont l’océan emprisonne le carbone. La mer profonde n’est pas atteinte uniquement par une lente pluie de particules. Du moins dans certains lieux et à certaines saisons, elle peut aussi être alimentée par des transferts brusques, mécaniquement entraînés, qui acheminent la matière de surface vers le bas en toute hâte. Pour la science du climat, c’est une distinction importante, car la vitesse et la profondeur du transport influencent l’efficacité avec laquelle l’océan peut amortir l’atmosphère.

À mesure que la recherche sur le cycle du carbone gagne en précision, ces distinctions prennent davantage d’importance. Ce nouveau travail ne réécrit pas les fondements du stockage du carbone océanique, mais il ajoute une voie potentiellement importante à la carte. Dans un domaine où de petites erreurs de processus peuvent se cumuler en grandes incertitudes de modélisation, identifier une route plus rapide vers l’océan profond constitue une avancée significative.

Cet article s’appuie sur un reportage de Phys.org. Lire l’article original.