On savait déjà que les éruptions volcaniques majeures ont des répercussions à court terme sur le climat de la planète. En étudiant les mécanismes à l'œuvre dans l'évolution climatique du Groenland au cours du dernier millénaire, une équipe de climatologues français (CNRS, IRD, CEA, Météo-France) a mis en évidence de nouvelles correspondances : de fortes éruptions comme celle du Pinatubo aux Philippines, en 1991, modifient en profondeur la circulation océanique de l’Atlantique Nord sur plusieurs dizaines d’années et modulent le climat européen. Les résultats de cette étude sont parus le 30 mars 2015 dans la revue Nature communication.

Sel et température

Deux principaux facteurs font varier le climat du Groenland : la circulation atmosphérique, que l’on appelle l’oscillation Nord-Atlantique (connue sous le sigle anglais NAO) et une variabilité particulière d’une vingtaine d’années liée au principal courant marin de l’Atlantique du Nord, la dérive Nord-Atlantique. « Ça, on le connaît sur environ un siècle à partir de mesures, mais les mécanismes à l’œuvre étaient mal connus », explique Valérie Masson-Delmotte, climatologue, coauteure de l’étude.

La circulation thermohaline est la circulation permanente de l’eau des océans. À l’origine de ce mouvement : les écarts de température et la salinité des masses d’eau qui ont un effet sur leur densité. Plus denses, les eaux refroidies et salées plongent et circulent de 1 à 3 km de profondeur. C’est ce qui se passe dans les hautes latitudes, au niveau de la Norvège et du Groenland, où le courant s’inverse. Sous les tropiques, elles se réchauffent et remontent à nouveau. Le nord de l’océan Atlantique est le siège de courants auxquels participe le Gulf Stream. Ce courant chaud contribue à adoucir le climat européen.
Pour approfondir leur compréhension de ces mécanismes, les chercheurs ont combiné pour la première fois des données climatiques passées, issues de carottes de glace groenlandaises et de coquilles de mollusques bivalves du nord de l’Islande, âgés de 500 ans, et des simulations numériques de plus de 20 modèles de climat différents associées à des mesures de la salinité, facteur déterminant pour la plongée des eaux et donc la circulation océanique.

Une variabilité accentuée par les éruptions 

Le croisement de toutes ces données révèle que la variabilité du climat dans la région est un phénomène cyclique sur 20 ans produit spontanément par l’océan.« On s’est aperçu que cette variabilité persistait au-delà du XXe siècle, note Valérie Masson-Delmotte. Cette durée correspond au temps de mélange des eaux de surface et des eaux profondes de l'Atlantique Nord ». 
Plus étonnant, « cette variabilité spontanée peut être excitée par les éruptions volcaniques majeures et en particulier le volcanisme explosif tropical », ajoute la climatologue. De fortes éruptions, à l'instar de celles de l’Agung, en Indonésie, en 1963, du Pinatubo, aux Philippines, en 1991, ou encore de El Chichón, au Mexique, en 1982, peuvent transformer en profondeur la circulation océanique de l’Atlantique Nord.

Les particules émises lors des fortes éruptions volcaniques couvrent la Terre d'un voile qui réfléchit les rayons du soleil. Cet « effet parasol » refroidit l’atmosphère de 1 à 2° C durant 2 ou 3 ans, puis s'estompe. « Or l’océan semble garder en mémoire ces perturbations dans les couches superficielles de l’eau de mer, c'est ce qu’on appelle le contenu thermique », explique Valérie Masson-Delmotte. En effet, les chercheurs ont observé une accélération de la circulation océanique (ou thermohaline) dans l’Atlantique Nord 15 ans après le début d'éruptions volcaniques majeures – délai du transit des masses d’eau –, suivie d'un ralentissement au bout de 25 ans puis d'une nouvelle accélération au bout de 35 ans. Si les éruptions volcaniques se produisaient tous les 20 ans, elles « épouseraient » la variabilité naturelle du climat, qui est aussi d’une vingtaine d’années. Les oscillations océaniques seraient alors bien régulières.
Mais dans les faits, les éruptions sont beaucoup plus irrégulières. Comme l’explique Didier Swingedouw, coauteur de l’étude, chercheur au CNRS et au laboratoire Environnements et Paléo-environnements océaniques et continentaux (Epoc), à Bordeaux, « des éruptions séparées de 10 ou 30 ans comme pour l’Agung (1963) et le Pinatubo (1991) créent des interférences qui brouillent le phénomène cyclique observé sur 20 ans dans l’océan Atlantique Nord et qui est lié à la variabilité naturelle du climat ». La circulation des courants océaniques, parmi lesquels le Gulf Stream dans l’Atlantique Nord, conditionne en grande partie le climat européen. Bien en maîtriser les mécanismes et les variations permettrait donc de mieux anticiper les changements climatiques.
En outre, une éruption volcanique majeure ne manquera pas de se produire tôt ou tard, avec des conséquences climatiques possibles durant plusieurs décennies. « Cela aurait par exemple des effets sur le climat du nord de la France et pourrait moduler l’abondance des précipitations. Pouvoir prévoir ces mécanismes, c’est donc très important », conclut Valérie Masson-Delmotte.