Transition de l’Arctique : vers une prépondérance de la pluie ? (partie 1)

Publié le 10.08.2017

On sait l’Arctique particulièrement menacé par le réchauffement climatique. On s’attend en conséquence à une augmentation des précipitations sur ces hautes latitudes. Mais doit-on désormais envisager un déluge de pluie ? C’est ce que concluent des scientifiques néerlandais qui ont interrogé des modèles de projections climatiques pour tenter de dessiner ce qui nous attend en 2100.

Sous l’action du changement climatique global, une hausse des précipitations, toutes formes confondues [1], est annoncée pour la planète, de l’ordre de 2 % par degré de réchauffement. Mais en Arctique, où l’amplification polaire qui est à l’œuvre se traduit par un réchauffement de cette région deux fois plus rapide qu’ailleurs, l’accroissement attendu des précipitations, selon plusieurs études, est beaucoup plus conséquent : il s’élève à 4,5 % par degré de réchauffement [2].

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Image satellitaire de l’Alaska recouverte de neige
Crédit photo : Jeff Schmaltz - NASA Earth Observatory
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Dans une étude publiée en 2014, une équipe de scientifiques néerlandais corrélait ce résultat avec le recul de la banquise arctique. La disparition de la glace de mer, en libérant de leur couverture de glace de plus grandes superficies d’eaux marines, renforce en effet fortement l’évaporation, et par conséquent la formation de nuages et de précipitations atmosphériques, amplifiant ainsi le cycle de l’eau sur cette zone géographique. La part d’un afflux intensifié d’humidité atmosphérique en provenance des latitudes plus basses serait plus secondaire. Cependant l’importance de chacune de ces contributions, qu’elle soit locale ou plus lointaine, varierait avec les saisons.

Quoi qu’il en soit, les projections climatiques prévoient à l’horizon 2100 une augmentation des précipitations de plus de 50 % sur la majeure partie du bassin Arctique, avec toutefois une répartition géographique hétérogène se superposant aux variations spatiales de couverture de la banquise : les zones de plus forte hausse des précipitations correspondent quasiment aux zones de plus fort retrait de la glace de mer.

Le secteur centré sur l’océan Arctique, allant du tiers nord du Groenland et de la partie septentrionale des îles de la Reine Elisabeth jusqu’aux rivages de la mer de Sibérie Est, doit s’attendre à un accroissement des précipitations de 50 % ou plus. Mais une étendue plus vaste encore, englobant la presque totalité des terres circonscrites au 60e parallèle nord, et même au-delà, – Groenland, Amérique du Nord (depuis le Nunatsiavut et le Nunavik jusqu’à l’Alaska) et Eurasie (depuis la Laponie jusqu’à l’Extrême-Orient russe) – serait soumise à un renforcement des précipitations d’au moins 15 %.

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Le satellite nippo-américain GPM de mesure des précipitations du globe
Crédit photo : NASA Goddard Space Flight Center from Greenbelt, MD, USA (GPM Core Observatory)
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Cette intensification des précipitations projetée par les modèles climatiques connaîtrait un pic à la fin de l’automne et en hiver [3]. Or, avec les températures extrêmement froides qui règnent au-delà du cercle polaire boréal, en particulier en hiver, ces précipitations plus abondantes sont supposées survenir sous forme neigeuse, plutôt que pluvieuse. Mais en sera-t-il réellement ainsi ? L’intensité projetée du changement climatique en Arctique est fortement corrélée aux saisons. Puissant en hiver, modéré en été, le réchauffement ne pourrait-il également modifier le rapport pluie/neige ? Si des précipitations accrues devraient favoriser la neige, des températures plus chaudes pourraient quant à elles la réduire. [4]. L’amplitude de ces deux mécanismes antagonistes variant également avec le lieu, il est difficile de prévoir ce que réserve l’avenir. Pourtant, l’étude de la modification de fréquence des précipitations neigeuses est essentielle, compte tenu des impacts environnementaux importants – climatologiques, hydrologiques et écologiques – de telles variations.

À cette fin, des chercheurs néerlandais (dont l’un est co-auteur de l’étude de 2014) ont exploité, dans un nouvel article paru en avril 2017, les résultats de 37 modèles de simulation climatique [5] pour analyser les tendances des précipitations au-delà du 70e parallèle au cours du XXIe siècle, en incluant la proportion pluie/neige. Deux scénarios d’émission de gaz à effet de serre ont été retenus : un scénario pessimiste « RCP8.5 » – poursuite de l’augmentation des émissions au rythme actuel – et un scénario modéré « RCP4.5 » – stabilisation des émissions à un niveau faible d’ici la fin du XXIe siècle –.

D’après les simulations climatiques, le rapport pluie/neige changerait de manière considérable au cours de ce siècle.

Actuellement (décennie 2006-2015), sur l’ensemble de l’Arctique, la majorité des précipitations annuelles sont neigeuses [6]. La partie centrale de l’océan glacial Arctique, ainsi que le Groenland, sont soumis à des précipitations qui sont à plus de 70 % sous forme de neige. Sur la zone périphérique, au climat plus doux, la part de la neige dans les précipitations atmosphériques est de 40 %.

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Pluie sur l’Islande
Crédit photo : Silberfuchs
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À la fin du siècle en revanche (décennie 2091-2100), les projections climatiques révèlent qu’avec des précipitations, sous toutes leurs formes, qui augmenteraient de 50 à 60 %, la part de la neige se réduirait partout considérablement, à l’exception toutefois du Groenland qui connaîtrait encore des précipitations neigeuses à 80 %. Sur la région centrale de l’océan Arctique, les chutes de neige dépasseraient à peine les 50 %, tandis que partout ailleurs, les épisodes pluvieux prédomineraient. Même au-delà de 80 °N, en plein cœur de l’océan Arctique, les précipitations, globalement rares, verraient leur proportion de pluie augmenter considérablement. La zone où la raréfaction de la neige serait la plus marquée concernerait le secteur nord-Atlantique de l’Arctique – en mer du Groenland et en mer de Barents –, là où précisément la majorité des modèles prévoient le réchauffement le plus intense pour le XXIe siècle. En revanche, sur les zones continentales du pourtour du bassin Arctique, les chutes de neige s’accentueraient légèrement.

Pour que les variations affectant chaque type de précipitations (pluie ou neige) soient équivalentes en proportion, il faudrait que le réchauffement en Arctique ne dépasse pas les 2 °C, ce qu’aucun modèle climatique ne prévoit. Dans l’hypothèse du scénario pessimiste RCP8.5, la température atmosphérique moyenne annuelle en Arctique grimperait au contraire de 8,5 ± 2,1 °C au cours du XXIe siècle. Dans un tel scénario, tous les modèles s’accordent sur des précipitations additionnelles sous forme de pluie, les précipitations neigeuses diminuant légèrement [7]. Mais, même dans le cas d’un scénario de forçage plus modéré (RCP4.5), la pluie dominerait les évolutions du rapport pluie/neige, les précipitations neigeuses ne variant guère quant à elles. Les modifications dans les chutes de neige au cours du XXIe siècle étant beaucoup plus faibles que pour la pluie sur l’ensemble de l’Arctique (à l’exception du Groenland), la pluie deviendrait ainsi la forme dominante de précipitations en Arctique à la fin de ce siècle.

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Averses de pluie estivales sur le centre désertique de l’Islande
Crédit photo : Marc Rubio
Certains droits réservés : Licence Creative Commons

Si l’augmentation globale des précipitations épouse les variations saisonnières du réchauffement climatique de l’Arctique, la part de chaque type de précipitations quant à elle suivrait une courbe légèrement différente. En été et à l’automne, des températures plus douces, proches du point de congélation, conduiraient à une réduction sévère de la fraction neigeuse. La réduction des précipitations neigeuses culminerait au début de l’automne, quand le réchauffement climatique, modérément intense, produit des températures positives. En hiver, le réchauffement, bien que plus intense, se traduirait encore à la fin du XXIe siècle par une hausse de la part de la neige, la température de l’air étant toujours suffisamment froide. Mais la pluie serait elle aussi beaucoup plus abondante à cette saison, sa hausse rattrapant même celle de la neige.

Au rythme actuel du réchauffement global, la transition de l’Arctique aux conditions extrêmes vers une région majoritairement arrosée par des pluies à la fin de ce siècle, semble inéluctable selon les modèles climatiques. Ce serait une conséquence inattendue du changement climatique pour ce territoire de haute latitude encore constitué aujourd’hui de neige et de glace. Une telle transition aurait des impacts importants, étendus et durables, et peut-être irréversibles, sur l’environnement – et donc sur l’homme – mais aussi sur les écosystèmes arctiques vulnérables. Cet aspect est développé dans le second volet de cet article.

Camille de Salabert, INIST-CNRS

[1] Précipitation : hydrométéore qui se présente sous forme d’une chute de particules. Les formes de précipitation sont la pluie, la bruine, la neige, la neige en grains, la neige roulée, le poudrin de glace, la grêle, le grésil et les granules de glace (source : vocabulaire météorologique international, OMM - N° 182).

[2] Voir à ce sujet l’article : « Sale temps pour l’Arctique : quand les hommes s’en mêlent... ».

[3] ...en raison d’une évaporation plus forte en hiver, couplée à un transport d’humidité des basses latitudes accru à la fin de l’été et en automne.

[4] Lorsque la température est proche du point de congélation, les précipitations peuvent se produire sous forme liquide (gouttes de pluie), solide (flocons de neige) ou mixte.

[5] Modèles de simulation climatique issus du projet d’inter-comparaison de modèles couplés, mené dans le cadre du programme mondial de recherche climatique CMIP5.

[6] La valeur moyenne donnée par les 37 modèles CMIP5 indique qu’à 65 ± 5 % les précipitations sont constituées de neige, pourcentage très proche et validé par ce qui est réellement observé : 68 ± 2 %.

[7] Ce changement de régime serait directement lié au réchauffement de l’Arctique, en particulier de la couche limite atmosphérique (partie basse de l’atmosphère en contact direct avec la surface terrestre – marine ou continentale – et où l’effet de cette dernière est directement sensible) où il est plus intense, et à la réduction associée, quoique limitée, de la neige qui fondrait avant d’avoir atteint le sol.

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