A1 Transitions brusques de circulation

Topique

La circulation méridienne de retournement de l'Atlantique (AMOC) transporte d'importantes quantités de chaleur vers l'Atlantique Nord et dépend principalement des différences de densité de l'eau de mer. L'eau devient plus dense lorsque sa température diminue ou que sa salinité augmente, ce qui facilite sa plongée dans les zones de formation d'eaux profondes de l'Atlantique Nord. Cette plongée d'eau dense contribue au maintien d'une circulation reliant les couches superficielles et profondes de l'océan et redistribuant la chaleur et le sel à grande échelle.

Cette circulation présente des mécanismes de rétroaction interne. En transportant l'eau vers le nord, elle transporte également du sel, augmentant la salinité dans les régions où l'eau de surface se refroidit. Une salinité plus élevée accroît la densité et favorise la convection et la plongée. Cette convection, à son tour, contribue au maintien d'une circulation intense et au transport du sel vers le nord. Un cercle vertueux s'établit ainsi, où le transport de sel et la formation d'eaux profondes se renforcent mutuellement.

L'apport d'eau douce agit en sens inverse. La fonte des glaces du Groenland et les variations des précipitations peuvent ajouter de l'eau douce à l'Atlantique Nord, réduisant ainsi la salinité de surface. L'eau moins salée est moins dense et s'enfonce plus lentement, ce qui affaiblit la convection. Une circulation plus faible transporte moins de sel vers le nord, ce qui peut réduire davantage la salinité et accentuer l'affaiblissement initial.

Cette dynamique permet à la circulation de présenter des réponses non linéaires. Tant que l'apport d'eau douce reste dans certaines limites, la circulation peut s'affaiblir sans disparaître. Cependant, si un seuil critique est dépassé, des rétroactions internes peuvent entraîner une bifurcation vers un état alternatif caractérisé par une circulation beaucoup plus faible, voire quasiment arrêtée. Dans cet état, la formation d'eau profonde et le transport de sel et de chaleur vers le nord diminuent fortement.

Le système peut également présenter une hystérésis. Une fois qu'une circulation faible s'est établie, la réduction de l'apport d'eau douce au niveau antérieur à l'effondrement peut ne pas suffire à rétablir l'état initial. L'absence d'une circulation forte implique également un moindre transport de sel vers les zones de formation d'eau profonde, ce qui entrave le rétablissement de la densité nécessaire à la reprise d'une convection forte. Le seuil requis pour retrouver l'état initial peut donc être différent de celui qui a déclenché la transition vers l'état affaibli. À l'approche d'une bifurcation, des signes de perte de résilience peuvent apparaître. Le système met de plus en plus de temps à retrouver son état d'équilibre après une perturbation, un phénomène connu sous le nom de ralentissement critique. Certains indicateurs statistiques et océanographiques peuvent refléter cette réduction de la stabilité. La distribution de la chaleur océanique se modifie également progressivement : une circulation affaiblie transporte moins d'énergie vers les hautes latitudes de l'Atlantique Nord et en laisse une plus grande proportion aux basses latitudes.

Un affaiblissement important, voire un effondrement, de cette circulation aurait des conséquences bien au-delà de l'Atlantique Nord. La réduction du transport de chaleur favoriserait un refroidissement relatif de cette région et modifierait les schémas de circulation atmosphérique. Parmi les réponses possibles figure un déplacement vers le sud de la Zone de Convergence Intertropicale (ZCIT), avec des changements significatifs des précipitations tropicales et une diminution des précipitations dans des régions comme le Sahel. La modification de la circulation océanique pourrait également entraîner une élévation du niveau de la mer à l'échelle régionale, notamment le long de la côte est de l'Amérique du Nord. La circulation atlantique illustre ainsi comment des différences relativement simples de température et de salinité peuvent entretenir un système océanique à l'échelle planétaire et, par le biais de boucles de rétroaction, de seuils et d'hystérésis, produire des réponses non linéaires aux conséquences climatiques considérables.

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