Enigme du courant d'Agulhas : une lacune océanique dans notre compréhension du climat

LE COURANT D'AGULHAS, Océan Indien, Au large des côtes de l'Afrique du Sud - En juillet dernier, j'ai embarqué à bord du navire de recherche sud-africain SA Agulhas II avec de grands espoirs de voyager avec les scientifiques à bord pour étudier le mystérieux courant d'Agulhas, et avec l'intention de rapporter leurs données et leurs découvertes aux lecteurs de Mongabay.

Mais les meilleurs plans… Quelques jours seulement après le début de notre voyage, nous avons été soudainement contraints d'abandonner l'importante mission climatique du navire et de nous éloigner de notre route prévue vers le nord le long de la côte est de l'Afrique du Sud, et de nous diriger vers le sud-est à la place pour évacuer deux chercheurs blessés de l'île Marion, une réserve naturelle isolée dans l'océan Indien subantarctique.

Dans la précipitation pour effectuer ce sauvetage en mer d'urgence, des mois de planification par les scientifiques à bord du seul navire de recherche antarctique d'Afrique du Sud ont dû être abandonnés, laissant les énigmes du courant extraordinairement fort des Agulhas, qui dévale la côte est de l'Afrique du Sud, non résolues pendant au moins une autre année.

Ajoutez à cela le précédent retard de trois ans dû au COVID-19, au cours duquel le transect Agulhas System Climate Array (ASCA) n'avait pas été surveillé, et un problème plus grave surgit : si l'humanité veut comprendre pleinement le fonctionnement du système climatique de la Terre, nous devons comprendre comment les courants océaniques frontières fonctionnent dans le Sud global de la même manière que nous le faisons dans le Nord global.

Façonnés par les côtes, les courants de frontière sont des courants de surface qui circulent le long des côtés est et ouest des bassins océaniques. Mais alors que certains de ces courants de frontière dans le nord – comme le célèbre Gulf Stream – sont sous surveillance depuis de nombreuses décennies et parfois des siècles, ceux qui tourbillonnent dans les mers au sud de l'équateur terrestre souffrent d'un manque d'études, avec des efforts actuels sous-financés et avec des ressources scientifiques ici souvent étirées.

"Nous tous impliqués dans le Système mondial d'observation de l'océan" - un programme dirigé par la Commission océanographique intergouvernementale de l'ONU, ou COI - "reconnaissons que la lacune de ce système à l'heure actuelle est un manque de mesures dans les systèmes de courants de frontière", comme le courant Agulhas, déclare Lisa Beal, professeur d'océanographie au département des sciences océaniques de la Rosenstiel School de l'Université de Miami.

Le manque de données historiques qui en résulte, ainsi que les récentes lacunes dans les données, est une préoccupation partagée par les chercheurs et les décideurs. "La surveillance à long terme est l'un des aspects les plus importants de la science lorsqu'il s'agit de comprendre les différences et les impacts entre la variabilité naturelle et le changement climatique induit par l'homme", explique Albi Modise, directeur en chef des communications du Département sud-africain des forêts, des pêches et de l'environnement.

Les scientifiques soupçonnent fortement que le système actuel d'Agulhas joue un rôle dans le changement climatique mondial, mais il a probablement aussi une importance régionale : "Sans des séries chronologiques de données à long terme à travers le système terrestre entourant [l'Afrique du Sud], déterminer avec précision les impacts localisés du changement climatique et les stratégies d'adaptation [climatique] deviennent presque impossibles", note Modise.

Si les prévisions de modélisation du climat mondial et régional doivent être considérablement améliorées, la communauté scientifique internationale doit mieux répondre aux besoins, aux ressources, au financement et aux disparités culturelles entre le Nord et le Sud, déclare Juliet Hermes. Hermes est gestionnaire du nœud Egagasini du réseau sud-africain d'observation de l'environnement (SAEON) et est également gestionnaire par intérim de l'infrastructure de recherche polaire du pays.

L'escalade du changement climatique anthropique met rapidement en évidence des lacunes majeures dans nos connaissances, en particulier en ce qui concerne les océans. Les courants de frontière ouest et leurs extensions sont devenus les régions océaniques qui se sont le plus réchauffées au cours des 100 dernières années. Les raisons de cela, et ses implications, sont encore obscures. Certains scientifiques pensent que le taux élevé de réchauffement pourrait être dû à des vents changeants et à un déplacement des courants vers les pôles, ce qui pourrait avoir un impact sur la capacité de l'océan à absorber le dioxyde de carbone anthropique dans ces régions.

Les différents courants jouant un rôle clé dans le fonctionnement du système climatique de la Terre, les chercheurs craignent que les effets océaniques locaux ne se propagent à l'échelle régionale, puis mondiale.

Le premier défi pour comprendre les océans est la taille. Ils représentent une zone d'étude vaste, interconnectée et complexe. Mis en mouvement continu par la rotation du globe et l'énergie radiative du soleil, leurs eaux tourbillonnent dans des tourbillons circulaires massifs appelés gyres, délimités par de puissants courants de frontière qui font monter et aspirent l'eau et la chaleur autour du globe.

Les courants de frontière ouest subtropicaux comme les Agulhas sont forts, étroits, profonds et chauds. Tout comme le Gulf Stream au nord, il déplace la chaleur des tropiques chauds vers des latitudes plus froides, modérant le climat de la Terre et façonnant les conditions météorologiques sur mer et sur terre.

Les courants de frontière bordant les pays industrialisés, dont les États-Unis, l'Australie et le Japon, sont étroitement surveillés, avec des programmes d'observation soutenus à long terme en place. Ce n'est pas le cas pour les Agulhas, déclare Tamaryn Morris, scientifique principale de l'unité marine au Service météorologique sud-africain (SAWS) et co-chercheuse principale du projet ASCA. Bien que le courant d'Agulhas ait été étudié de manière approfondie à partir des côtes locales, Morris note que "la surveillance durable à long terme du courant n'a pas lieu actuellement".

Les Agulhas dits "hurlants" sont l'un des systèmes de courant les plus énergétiques sur Terre. Le courant souffle vers le sud-ouest le long du talus continental de l'Afrique du Sud à plus de 75 millions de mètres cubes (2,65 milliards de pieds cubes) par seconde, soit environ 350 fois le débit du fleuve Amazone.

Dans les années 1400, l'explorateur portugais Vasco de Gama a rapporté que le courant était si fort qu'il a forcé sa flottille de voiliers à reculer régulièrement pendant trois jours. "C'est juste une bête", dit Hermès, ajoutant que la force herculéenne du courant contribue aux défis de la recherche sur les Agulhas. Même lors du voyage de juillet - généralement une période plus calme de l'année - l'équipement de collecte de données a été emporté par le courant.

À l'extrémité sud du banc Agulhas, une partie large et peu profonde du plateau continental africain, le courant est détourné vers l'est par les vents d'ouest, puis revient dans le sens antihoraire dans l'océan Indien, le séparant essentiellement de l'océan Austral.

Dans ce flux rétro, les eaux d'Agulhas fuient vers l'ouest autour de la pointe de l'Afrique du Sud dans l'océan Atlantique Sud dans de plus petits courants circulaires qui tourbillonnent presque comme des tourbillons appelés tourbillons et dans des filaments d'eau chaude et salée.

Ici, dans le soi-disant "chaudron du Cap", les eaux chaudes et salines de l'océan Indien se mélangent aux eaux plus fraîches et plus fraîches de l'Atlantique, s'écoulant vers le nord et influençant la circulation méridienne de renversement de l'Atlantique (AMOC). L'AMOC est un système de courants océaniques (entraînés par les différences de température et de sel) qui déplacent la chaleur à travers l'équateur de l'hémisphère sud vers l'hémisphère nord.

L'AMOC fonctionne comme un tapis roulant. L'eau chaude s'écoule vers le nord depuis les tropiques et les régions subtropicales jusqu'à ce qu'elle se refroidisse et coule dans le sud subarctique du Groenland, puis s'écoule dans l'Atlantique profond, retournant vers le sud. L'impact potentiel des Agulhas sur l'AMOC en constante évolution a attiré l'attention internationale sur la compréhension du courant sud.

Les modèles climatiques suggèrent que l'AMOC s'affaiblit à mesure que les gaz à effet de serre atmosphériques augmentent et que l'atmosphère et la surface de l'océan se réchauffent. La fonte accélérée de la calotte glaciaire du Groenland ces dernières années semble renforcer cet affaiblissement en inondant l'Atlantique subarctique d'eau douce. Certaines recherches suggèrent qu'il pourrait y avoir un seuil d'apport d'eau douce, au-delà duquel l'AMOC pourrait s'effondrer et cesser de couler.

Les impacts climatiques d'un tel événement seraient catastrophiques pour l'humanité et la biodiversité.

Selon les modèles climatiques, un arrêt de l'AMOC pourrait refroidir l'hémisphère nord à des températures de période glaciaire, réduire les précipitations en Europe et en Amérique du Nord, entraîner des conditions de sécheresse permanentes en Afrique de l'Ouest et déplacer les moussons en Amérique du Sud et en Afrique vers le sud. Des tempêtes et des inondations hivernales plus violentes en Europe du Nord et davantage de pluies estivales en Méditerranée pourraient se produire. Des études indiquent que l'élévation ultérieure du niveau de la mer pourrait inonder de façon permanente les villes le long de la côte est des États-Unis.

Mais même si les changements de l'AMOC sont en cours dans le nord, la fuite des eaux chaudes et salées des Agulhas dans l'Atlantique pourrait augmenter - et cela pourrait changer le comportement modélisé de l'AMOC.

"Tout dépend de la force des vents d'ouest", explique Beal. "La quantité d'eau de l'océan Indien qui s'écoule dans l'océan Atlantique a augmenté parce que les vents d'ouest autour de l'Antarctique se sont intensifiés en raison du changement climatique anthropique." Dans le passé, un renforcement de la fuite Agulhas a été lié à un renforcement de l'AMOC.

Les scientifiques se demandent si ces eaux salées de l'océan Indien pourraient éventuellement équilibrer et annuler l'impact océanique de la fonte des glaces sur l'AMOC. La réponse : Nous ne savons pas avec certitude.

Jusqu'à présent, les modèles climatiques n'ont pas capturé les caractéristiques du système actuel du Grand Agulhas ou ses fuites de manière réaliste, car le système actuel est si turbulent. Pour augmenter la précision, les scientifiques ont besoin de données Agulhas détaillées, continues et sur site qu'ils peuvent intégrer à leurs modèles.

Même la surveillance par satellite ne peut lire que la "peau" supérieure de l'océan, explique Morris.

"La quasi-seule façon d'étudier le système actuel du Grand Agulhas dans toute sa profondeur consiste à effectuer des mesures soutenues à long terme à partir de réseaux instrumentaux amarrés et des observations hydrographiques répétées à partir de navires", ont écrit les chercheurs dans un article de 2017 sur l'importance de surveiller le courant et ses échanges interocéaniques. "Ce n'est qu'alors que la communauté scientifique commencera à comprendre et à prévoir les changements dans le système actuel du Grand Agulhas et [reconnaître] ses réactions sur le changement climatique régional et mondial, offrant ainsi des avantages sociétaux et économiques au grand public."

Une première tentative de surveillance du courant en mer a été lancée en 2010, avec Beal comme chef de projet. L'initiative de trois ans a nécessité trois croisières scientifiques consécutives à bord de navires de recherche américains et l'entretien d'un ensemble d'instruments à travers le courant Agulhas et le long d'une piste au sol par satellite.

Les chercheurs ont combiné ces précieuses données de bord in situ avec plus de 20 ans de données satellitaires pour estimer l'évolution du courant des Agulhas depuis le début des années 1990.

Les découvertes du projet ont remis en question la compréhension des scientifiques des courants de frontière ouest et de la réponse des eaux au changement climatique. Contrairement aux attentes basées sur l'augmentation du réchauffement climatique et l'intensification des vents, en particulier dans l'hémisphère sud, la force du courant des Agulhas n'a pas augmenté au cours des deux dernières décennies. Au lieu de cela, le courant semble être devenu plus variable, révèle Beal. Mais ce que cette plus grande variabilité laisse présager est incertain.

Suite à ce premier projet, ASCA a été lancé en 2016 - une collaboration ambitieuse entre des scientifiques américains et sud-africains pour maintenir les premières observations à long terme du volume, de la chaleur et du transport de sel du courant d'Agulhas à l'aide de navires sud-africains. "Mesurer le transport de la chaleur au lieu du seul transport de l'eau fait partie intégrante des études climatiques", explique Beal.

Mais, comme ce fut le cas cette année, les choses ne se sont pas déroulées comme prévu. La composante amarrée de l'ASCA a été "suspendue" après seulement deux déploiements en raison de difficultés avec les capacités du navire. Le transect a ensuite été visité annuellement par la SA Agulhas II, jusqu'à la pandémie de COVID-19, qui a créé un grand manque de données.

Cependant, dit Hermès, tout n'a pas été vain. "Nous avons quand même fait un travail incroyable." Les 26 mois de données recueillies ont fourni de nouvelles informations sur le courant, y compris les premières estimations de ses transports de chaleur et de sel.

"A partir d'un ensemble de données relativement petit, nous avons pu voir beaucoup de choses sur ce qui se passe dans le courant Agulhas [de façon saisonnière]", a déclaré Laura Braby, chercheuse postdoctorale à SAEON. Les chercheurs ont appris qu'en profondeur, l'eau riche en nutriments située loin au large migre vers le plateau continental en été lorsque le courant est plus fort. En hiver, lorsque les Aiguilles sont plus faibles et plus lentes qu'en été, les eaux profondes de l'Atlantique Nord (eau de l'Atlantique Nord à plus de 2 000 mètres) s'écoulent autour de la pointe de l'Afrique sous le courant des Aiguilles et vers le nord jusqu'à l'équateur.

Pourtant, l'écart de recherche en cours sur trois ans a entraîné un manque de données in situ continues, laissant de sérieuses questions sur la façon dont le système actuel d'Agulhas modifie l'AMOC et influence le climat mondial, avec d'autres questions soulevées plus près de chez nous. "Ce n'est pas seulement le Nord global qui est affecté [par les Agulhas], mais aussi le Sud global", déclare Morris.

Le système Agulhas influence le développement régional des tempêtes et peut faire des ravages sous la forme de précipitations extrêmes et de tornades sur l'Afrique australe. Le réchauffement du système actuel des Agulhas depuis les années 1980 a peut-être augmenté la sensibilité du cycle hydrologique africain aux effets d'El Niño/Oscillation australe, mais les chercheurs n'en sont pas sûrs.

"Il est probable que le courant changeant aura un impact sur les précipitations, qui à leur tour affecteront plusieurs industries intégrales comme l'agriculture", explique Morris. Elle dit que les changements actuels pourraient également être préjudiciables aux pépinières de poissons prolifiques du banc Agulhas, qui sont essentielles pour l'avenir des riches zones de pêche le long de la côte.

"Mais encore une fois, ce n'est peut-être pas le cas", dit-elle. "Nous ne savons tout simplement pas."

"Je ne peux pas exagérer l'importance d'avoir des mesures continues du système Agulhas," dit Beal, "Et, il n'y a personne d'autre qui peut le faire autre que l'Afrique du Sud."

Mais des obstacles se profilent, en particulier l'argent.

Les défis comprennent la recherche de financement pour se procurer une infrastructure de recherche afin de mesurer les paramètres in situ dans le courant des Agulhas à plusieurs endroits stratégiques ; tout en obtenant une instrumentation suffisante pour la redondance ; et avoir une équipe de personnes techniquement formées pour soutenir cette entreprise massive sur tous les sites, explique Modise.

"Une fois que vous avez à la fois la capacité humaine et l'infrastructure de l'équipement", conclut-il, "le budget et la disponibilité d'un navire de recherche approprié sont nécessaires pour déployer, entretenir et récupérer l'équipement en mer".

Des recherches récentes ont également mis en lumière d'autres problèmes chroniques, notamment les vastes priorités socio-économiques de l'Afrique du Sud qui se disputent le peu de financement de l'État ; un manque d'intégration stratégique et de coopération entre les départements gouvernementaux ; des équipements pas toujours aux normes internationales ; le manque d'opportunités à long terme pour retenir et former des experts ; et le surengagement du personnel technique.

Pourtant, dit Hermès, l'avenir semble excitant et brillant. Les projets de recherche doivent se concentrer sur le renforcement des capacités existantes en Afrique, au lieu de créer de nouvelles capacités en Afrique, dit-elle. Modise souligne que l'Afrique du Sud a mené avec succès des projets océanographiques internationalement reconnus. "Le département a surveillé les échanges de chaleur et de sel entre le bassin de l'océan Indien et l'Atlantique Sud ainsi que les intrusions de l'océan Austral dans le cadre d'une étude climatique plus large avec des partenaires internationaux", a-t-il déclaré.

Pendant ce temps, de retour sur le SA Agulhas II en juillet, Morris a rédigé le rapport de croisière alors que le navire rentrait chez lui au Cap, documentant comment, au lieu d'atteindre le transect ASCA, les chercheurs à bord ont étudié un tourbillon cyclonique qui s'est formé dans une anse sur le plateau continental le long de leur route ajustée. Ce n'était peut-être pas les données qu'ils recherchaient, mais cela aiderait peut-être à résoudre les nombreuses énigmes des Agulhas.

Hermès, qui n'était pas à bord, n'est pas surpris. "En Afrique, vous maak 'n plan - faites un plan", dit-elle. "Nous n'avons pas le nombre d'experts nécessaires et nous n'avons pas l'argent, mais nous tirons le meilleur parti de ce que nous avons."

Image de bannière : Déploiement d'un ballon météo depuis le SA Agulhas II. Image de Petro Kotzé.

Citations :

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Beal, LM, De Ruijter, WP, Biastoch, A., Zahn, R., & SCOR/WCRP/IAPSO Working Group 136. (2011). Sur le rôle du système Agulhas dans la circulation océanique et le climat. Nature, 472, 429–436. doi:10.1038/nature09983

Morris, T., Hermes, J., Beal, L., Du Plessis, M., Duncombe Rae, C., Gulekana, M., … Ansorge, IJ (2017). L'importance de surveiller le courant du Grand Agulhas et ses échanges inter-océaniques à l'aide de grands réseaux d'amarrage. Journal sud-africain des sciences, 113(7-8). doi:10.17159/sajs.2017/20160330

McMonigal, K., Beal, LM, Elipot, S., Gunn, KL, Hermes, J., Morris, T. et Houk, A. (2020). L'impact des méandres, de l'approfondissement et de l'élargissement et de la saisonnalité sur la variabilité de la température du courant des Agulhas. Journal d'océanographie physique, 50(12), 3529-3544. doi:10.1175/JPO-D-20-0018.1

Gunn, KL, Beal, LM, Elipot, S., McMonigal, K. et Houk, A. (2020). Mélange d'eaux subtropicales, centrales et intermédiaires entraîné par le déplacement et la pulsation du courant Agulhas. Journal d'océanographie physique, 50(12), 3545-3560. doi:10.1175/JPO-D-20-0093.1

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