Bloc 1 | Impacts en milieu côtier Autres impacts des changements climatiques
2.1 Recrudescence des phénomènes météorologiques extrêmes
Le risque posé aux communautés côtières par l’augmentation du niveau de la mer est d’autant plus important qu’il est accompagné d'événements météorologiques extrêmes comme les tempêtes, les ouragans (synonyme de clones en Asie, typhon au Japon) ou par de fronts froids accompagnés de fortes pluies.
L’impact des changements climatiques sur la fréquence et l’intensité des phénomènes météorologiques extrêmes varie selon les régions et les échelles de temps considérées. Il peut dépendre du déplacement de patrons de circulation atmosphérique, du changement de comportement de cycles climatiques (aussi appelés modes annulaires) comme El Niño – oscillation australe, l’oscillation Nord-Atlantique ou l’oscillation atlantique multidécennale, de l’altération des moussons liées à la position de la zone de convergence intertropicale et d’autres circonstances locales ou globales.
Saviez-vous ? El Niño et autres oscillations
Les abréviations ENSO, NAO et AMO font référence à trois phénomènes météorologiques différents, le premier étant aussi (ou en partie) connu sous le nom d’El Niño.
Le service météorologique national du Royaume-Uni, le Met Office propose trois animations de ses phénomènes (en anglais).
El Niño – oscillation australe (El Niño Southern Oscillation ou ENSO) (4 minutes)
Oscillation Nord-Atlantique (North Atlantic Oscillation ou NAO) (2 minutes)
Oscillation atlantique multidécennale (Atlantic Multi-decadal oscillation ou AMO) (2 minutes)
Sous les latitudes moyennes, un renforcement des vents d’Ouest a été observé entre les années 1960 et les années 1990 (Trenberth et al., 2007). Conjugué avec un déplacement vers le nord des modes annulaires et des trajectoires de tempêtes, cela explique l’augmentation de l’intensité des tempêtes, de la vitesse des vents ainsi que de la hauteur des vagues (figure 1) observées en mer du Nord (Lefevre, 2000 ; Trenberth et al. 2007) ou dans le Canada Atlantique (Daigle, 2006). Ces observations sont d’ailleurs conformes aux résultats des modèles climatiques (Fischer-Bruns et al., 2002 ; 2005).
Note. La hauteur significative est définie comme la hauteur moyenne du tiers supérieur des vagues.
Source : Gulev and Grigorieva (2004) dans IPCC, 2007.
Il est à noter que des périodes de fortes tempêtes ont existé dans le passé ; ainsi la fin du 19e siècle était caractérisée par une activité comparable à celle des années 1990 (Alexandersson et al., 1998, 2000). Comme les mesures de pression atmosphérique n’ont débuté qu’en 1880, il est difficile de tirer des conclusions sur une plus longue période de temps.
Si les tendances se poursuivent et en incluant la hausse du niveau de la mer selon les scénarios du GIEC, les surcotes de tempête dans la mer du Nord pourraient augmenter de 20 cm en 2030 et 70 cm en 2085 (Helmhotz Gesellschaft, 2007). De manière générale, il y a peu de consensus sur l’évolution à l’échelle planétaire des tempêtes extratropicales, la variabilité régionale et interdécennale rendant les extrapolations difficiles (Seneviratne et al., 2021). Une migration des tempêtes vers les hautes latitudes semble cependant s’avérer.
Dans le futur, on s’attend à une dynamique semblable avec une migration vers les hautes latitudes, peu de changements dans les vitesses des vents, mais par contre une augmentation très certaine de quantités de précipitations associées aux tempêtes (Seneviratne et al., 2021).
L’évolution des ouragans est difficile à appréhender, car il s’agit par définition d’évènements rares et l’historique des observations ne permet dans la plupart des cas pas d’effectuer d’analyses statistiques concluantes. De plus, les tendances observées ne sont pas identiques dans la plupart des bassins océaniques.
Dans l’Atlantique Nord, l’effet des changements climatiques est superposé à une oscillation multidécennale des températures (Atlantic Multi-decadal oscillation, AMO), dont la phase chaude (p.ex. 1930-1960) correspond à une activité cyclonique accrue et la phase froide (p.ex. 1905-1925, 1970-1990) à une activité cyclonique réduite. L’augmentation marquée des températures de l’eau et des ouragans de forte amplitude depuis les années 1970 est néanmoins attribuée au réchauffement du climat plutôt qu’à l’AMO (Goldenberg et al., 2001 ; Trenberth et al., 2007). En revanche, la fréquence d’ouragans de toutes catégories a diminué durant la période 1957–2004 (Ren et al., 2006). Selon Webster et al. (2005), la fréquence des cyclones tropicaux de forte amplitude aurait augmenté plus fortement dans le Pacifique Nord, le Pacifique Sud-Ouest et l’océan Indien que dans l’Atlantique nord.
De manière générale, il est donc difficile de prédire l’évolution de la fréquence des ouragans, puisque leur formation dépend de conditions atmosphériques spécifiques, tels que l’activité et le positionnement des cellules de Hadley et Walker (deux cellules de circulation atmosphériques à grande échelle), la circulation de mousson, et de cycles atmosphériques comme l’oscillation Nord Atlantique (NAO) et Pacifique Sud (ENSO), ainsi que l’influence humaine à travers la formation d’aérosols, qui dans certains bassins mènent à une augmentation et dans d’autres à une diminution de la fréquence des ouragans (Trenberth, 2005 ; Fudeyasu et al., 2006 ; Donnelly et Woodruff, 2007 ; Elsner et Kocher, 2000 ; Price et al., 2007).
En revanche, comme les ouragans tirent leur force des eaux de surface océaniques, le réchauffement de ces eaux est synonyme d’ouragans plus intenses. La corrélation entre l’index de dissipation d’énergie, une mesure de la force des ouragans et la température de l’eau avait été très clairement démontrée par Emmanuel (2005) (figure 2) pour la région Atlantique et a été confirmée par d’autres auteurs pour l’ensemble des bassins océaniques (Seneviratne et al., 2021). Cependant, ici aussi, les données ne sont fiables que pour les dernières décennies, pour lesquelles des mesures satellites sont disponibles, de sorte que la sensibilité de l’intensité des ouragans à un réchauffement du climat est difficile à établir à long terme (Seneviratne et al., 2021).
Source : Emmanuel, 2005.
Localement, les dommages liés à un ouragan dépendent aussi du temps qu’un ouragan reste en place, donc de sa vitesse de translation. Plus l’ouragan est lent, plus il déversera des quantités de précipitations importantes sur une même zone, causant des dommages plus importants, à l’exemple de l’ouragan Harvey en 2017, qui a déversé un record en Amérique du Nord de 1 539 mm de pluie à Nederland, au Texas. Or, de manière générale, une diminution de la vitesse des ouragans de 17 % a été estimée aux États-Unis (Hall et Kossin, 2019), et une diminution probable, mais moins précisément chiffrée, dans la plupart des bassins océaniques, faisant augmenter le risque d'inondations (Kossin, 2018).
Dans l’avenir, la majorité des modèles climatiques prévoient une diminution du nombre total d’ouragans, mais une augmentation de la proportion d’ouragans importants, de catégorie 4 ou 5, et l’augmentation de l’ampleur de ces derniers (Seneviratne et al., 2021). Par exemple, pour un réchauffement de 2°C, la fréquence d’ouragans diminuerait de 14 %, tandis que la proportion d’ouragans de catégorie 4–5 augmenterait de 13 %, laissant donc leur nombre total presque inchangé (Knutson et al., 2020). Cependant, pour le même scénario, la force des vents augmenterait de 5 % et la quantité de précipitations de 12 % (Knutson et al., 2020), ce qui signifie des évènements potentiellement plus destructeurs.
Le phénomène des « rivières atmosphériques » (aussi appelées Pineapple Express en anglais) a notamment été mis en cause dans les inondations de Colombie-Britannique en 2021. Il s’agit de structures atmosphériques longues de plusieurs milliers de kilomètres, mais mesurant seulement quelques centaines de kilomètres de large (figure 3), qui transportent de larges quantités de vapeur d’eau sur de longues distances au-dessus des océans avec des débits pouvant surpasser celui de l’Amazone (Zhu et Newell, 1998).
Source : Wikimédia commons.
Sous l’effet d’un climat plus chaud, donc caractérisé par une évaporation accrue, l’ampleur et la durée de ces phénomènes augmenteront très probablement, ce qui risque de causer des inondations importantes sur la côte ouest de l’Amérique du Nord, l’Europe de l’Ouest ou l’Asie de l’Est (Douville et al., 2021). Le risque pour le bassin de la rivière Fraser en Colombie-Britannique avait d’ailleurs été évoqué dans un article de 2019 (Curry et al., 2019).
2.2 Changement des conditions hivernales
Dans les régions septentrionales, le réchauffement entraine plusieurs conséquences qui fragilisent les côtes :
- une diminution du couvert de glace de mer;
- une augmentation de la fréquence des épisodes de gel-dégel;
- la fonte du pergélisol.
La glace de mer protège les côtes de l’effet des tempêtes hivernales (figure 4). Or, ce couvert diminue sensiblement. Par exemple dans le golfe du Saint-Laurent, la période des glaces a diminué d’environ le tiers entre 1969 et 1995 et pourrait tomber à zéro d’ici la fin du siècle (Savard et al., 2008).
Source : photo de Weissenberger, 2011.
Les épisodes de gel-dégel plus fréquents durant la période d’hiver ont un impact dramatique sur les falaises meubles qui caractérisent beaucoup de côtes des régions septentrionales, souvent formées de dépôts glaciaires et postglaciaires.
La fonte du pergélisol, aussi appelé permafrost, est un phénomène généralisé dans les régions arctiques. Il est d’autant plus prononcé que le réchauffement des régions arctiques est beaucoup plus important que celui d’autres régions, entre autres à cause du phénomène d’albédo lié à la fonte de la banquise arctique. C’est ainsi que s’expliquent les taux d’érosion exceptionnels sur les côtes arctiques qui peuvent atteindre jusqu’à 100 mètres par an (figure 5).
Source : Alfred Wegener Insitute for Polar and Marine Research, AWI ; Permafrost Institute Yakutsk, PIY.
Saviez-vous ? L’albédo
« L'albédo, ou albedo (sans accent), est le pouvoir réfléchissant d'une surface, c'est-à-dire le rapport du flux d'énergie lumineuse réfléchie au flux d'énergie lumineuse incidente. C'est une grandeur sans dimension, comparable à la réflectance, mais d'application plus spécifique, utilisée notamment en astronomie, climatologie et géologie. »
Source : article de Wikipédia.
Pour une présentation vulgarisée du phénomène, consultez l’animation La terre et le miroir ont 30 % en commune : l’albédo (4 minutes).
2.3 Réchauffement et acidification des océans
L’augmentation du niveau de la mer n’est pas le seul changement que subira l’océan dans le futur à cause des changements climatiques. L’océan deviendra aussi plus chaud et plus acide. Ces changements affecteront les écosystèmes côtiers fragiles comme les coraux ou les mangroves. L’impact en sera d’autant plus important que les changements seront rapides, ce qui, ultimement, dépendra des trajectoires d’émissions de CO2 dans l’atmosphère.
2.3.1 Température de l’océan
À cause de sa capacité thermique importante, 1000 fois celle de l’atmosphère, l’océan se réchauffe plus lentement que les continents, tout en emmagasinant 20 fois plus de chaleur (Levitus et al., 2005). L’océan emmagasine ainsi 90 % de toute la chaleur excédentaire due au réchauffement planétaire (Arias et al., 2021). Depuis le début du 20e siècle, la surface de l’océan s’est réchauffée de 0,88°C (Arias et al., 2021).
Le réchauffement de la surface de l’océan n’est uniforme ni dans le temps ni dans l’espace. Il est en effet influencé par les modes de circulation atmosphérique, par les mélanges convectifs et par la circulation thermohaline. D’ici la fin du 21e siècle, la température de surface des océans devrait augmenter d’un demi à quatre degrés selon les scénarios et les régions (figure 6). Certaines des conséquences de ce réchauffement sont une stratification plus forte des premiers 200 mètres de l’océan, l’augmentation de la salinité dans les zones océaniques salines, la diminution de l’oxygénation et la migration de nombreuses espèces vers les pôles ou vers de plus grandes profondeurs.
Source : Solomon et al., 2007.
Les vagues de chaleur marines, qui sont particulièrement dommageables pour les écosystèmes comme les coraux, ont été deux fois plus fréquentes dans les années 2010 que dans les années 1980, et sont également plus longues et plus intenses (Fox-Kemper et al., 2021). D’ici la fin du siècle, elles pourraient devenir de quatre à huit fois plus intenses, selon le scénario d’émissions (Fox-Kemper et al., 2021).
2.3.2 Acidification de l’océan
On réfère souvent à l’acidification de l’océan comme l’« autre » problème du CO2 (Doney et al., 2009). En effet, en raison de l’augmentation des concentrations de CO2 dans l’atmosphère et sa dissolution progressive dans l’océan (équation 1), l’acidité des eaux de surface a déjà augmenté de 30 % (de pH 8,2 à pH 8,1) depuis l’avènement de l’âge industriel et pourrait augmenter de 0,14 à 0,35 unités pH au cours du 21e siècle (Solomon et al., 2007 ; Orr et al., 2005). L’absorption de CO2 et donc l’acidification sont plus lentes dans les eaux chaudes comme celles des Caraïbes que dans les eaux froides des hautes latitudes.
Note : (1) Le CO2 atmosphérique se dissout dans l’océan (2) en milieu aquatique, le CO2 se transforme en acide carbonique H2CO3, (3) et (4) l’acide carbonique se dissout en fonction du pH du milieu ambiant, en milieu océanique les ions bicarbonatés HCO3- sont la principale forme, les ions de carbonate CO32- sont présents dans les précipitations inorganiques et dans les organismes marins, sous forme d’aragonite ou de calcite.
2.4 Impacts des changements climatiques sur les écosystèmes côtiers
Tous les écosystèmes côtiers risquent de souffrir des impacts des changements climatiques, mais certains ont une résilience plus forte, qui dépendra aussi des pressions anthropiques qui s’ajoutent aux stress naturels. Parmi les principaux impacts à anticiper :
Plages
Les plages sont en recul un peu partout dans le monde. Or, les plages sont un habitat important pour de nombreuses espèces, comme des mollusques, des échinodermes, d’autres invertébrés, des crustacés, des oiseaux ou des tortues. Le pluvier siffleur, un petit oiseau réparti au Québec, au Nouveau-Brunswick et en Nouvelle-Écosse, qui nidifie sur des plages et est menacé d’extinction, est un exemple d’espèces dont l’avenir est mis en péril par le recul des plages.
Ce recul est souvent accéléré par les ouvrages de protection érigés en amont d’elles. L’excavation de sable à l’échelle mondiale pour reconstituer des plages ou gagner de nouvelles de terres y contribue également, de sorte que plusieurs pays, dont la Malaisie, l’Indonésie, le Cambodge et la Chine, ont interdit les exportations de sable.
Marais côtiers et zones intertidales
Les 20 millions d’hectares au monde de marais côtiers et de zones intertidales sont d’une grande importance écologique, en tant qu’habitats, de lieux de forte productivité biologique et en tant que filtreurs des effluents terrestres, accumulant l’azote et captant de nombreux polluants. Sur la base des prévisions d’augmentation du niveau de la mer du GIEC, leur superficie pourrait diminuer de 40 % ou plus (Craft et al., 2009).
Cependant, ces écosystèmes sont dynamiques et peuvent s’adapter en migrant vers la terre ou en augmentant le taux d’accrétion de matière organique, d’autant plus que l’amplitude des marées et les apports de sédiments des bassins versants soient assez importants (Kirwan et al., 2010). Néanmoins, cette rétroaction biologique ne s’avèrera efficace pour la majorité des marais que jusqu’à des seuils de taux d’augmentation du niveau de la mer de 5-20 mm.an-1, selon les endroits, qui sont envisageables d’ici 2100 (Kirwan et al., 2010). Actuellement, l’augmentation du niveau de la mer n’est pas le plus grand danger pour les marais côtiers, mais plutôt les activités humaines qui ont fait disparaître le quart à la moitié de ces écosystèmes au cours du siècle précédent (Kirwan et Megonigal, 2013).
Mangroves et terres humides côtières
L’augmentation du niveau de la mer provoque un submergement plus fréquent des mangroves et terres humides côtières et les soumet à une salinité plus importante. Les écosystèmes peuvent s’adapter en migrant plus haut sur le littoral pour autant que (1) le rythme d’élévation du niveau de la mer ne soit pas trop élevé et que (2) il existe de l’espace en arrière du trait de côte, ce qui est de moins en moins le cas à cause du développement humain. Pour les mangroves, le taux d’accumulation de tourbe leur permet de résister à des taux d’élévation du niveau de la mer de 2-10 mm.an-1 (Alongi, 2008).
Les vents violents et les vagues qui accompagnent les ouragans et les tempêtes tropicales endommagent les palétuviers des mangroves. Leur capacité de régénération est fonction de la sévérité des dommages et des intervalles entre ces évènements. Ils peuvent aussi accélérer la dégradation des tourbes et ainsi rendre les mangroves plus vulnérables à l’augmentation du niveau de la mer (Cahoon et al., 2003).
Organismes marins
L’augmentation des températures de l’eau placera tous les organismes marins sous un stress qui peut mener à :
- une migration des espèces,
- une altération des écosystèmes,
- une adaptation des espèces ou des assemblages,
- une détérioration des écosystèmes.
L’acidité accrue nuira aux organismes marins dont les tests, carapaces ou structures sont constitués de carbonate, comme les crustacés, les mollusques, les foraminifères, les coraux, etc., ainsi qu’à d’autres organismes marins dont les fonctions physiologiques ne possèdent pas de mécanismes régulateurs pour compenser l’acidité du milieu (Doney et al., 2009). La plus grande inquiétude concerne cependant l’avenir des coraux (Anthony et al., 2008).
Coraux
Les coraux sont particulièrement vulnérables à l’augmentation des températures ; les principaux épisodes de blanchissement massifs, par exemple en 1998, 2005 ou 2010, ont été associés à des épisodes de températures de l’eau élevées (Gaskill, 2010 ; Eakin et al., 2010 ; Donner et al., 2005 ; Wilkinson and Souter, 2008). Les coraux possèdent cependant certains mécanismes d’adaptation qui peuvent retarder l’avènement des impacts négatifs (Hughes et al., 2003 ; Baker et al., 2004 ; Rowan, 2004). À plus long terme, l’augmentation du niveau de la mer peut placer les coraux à une profondeur trop basse par rapport à leur optimum, si elle se produit à un rythme trop élevé.
La sédimentation provoquée par les précipitations extrêmes lors de tempêtes et ouragans recouvre les coraux et inhibe la photosynthèse (Riegl et al., 2009). En cas de sédimentation trop importante ou trop fréquente, le corail meurt et devient colonisé par des algues. La sédimentation résultant de la construction de route ou de bâtiments a le même effet (O’Farrell, 2005). Les mangroves représentent une barrière de protection contre la sédimentation. Leur dégradation nuit donc indirectement au corail. C’est un cas de figure fréquent lors du développement côtier qui mène souvent au remblayage de mangroves et à une sédimentation élevée due aux activités de construction.
La valeur des services écosystémiques en péril à la suite des effets des changements climatiques est considérable. Par exemple, les mangroves (Dahdouh-Guebas, 2005 ; Kathiresan and Rajendran, 2005 ; Alongi, 2008 ; Yanagisawa et al., 2009) ainsi que les coraux (Fernando et al., 2005 ; Chatenoux et Peduzzi, 2005) jouent un rôle de protection contre les ondes de tempêtes ou de tsunamis. Dans le delta du Mississippi, la valeur totale des services écosystémiques a été évaluée à 12 – 47 milliards de dollars, résultant de la protection des aquifères, du maintien de la qualité de l’eau, d’habitat pour les espèces commerciales et non commerciales, du stockage de carbone, de la valeur récréative et de la protection des côtes (Batker et al., 2010).
Références
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