L’océan, par sa capacité à absorber chaque année environ 25% des émissions anthropiques de CO₂ et plus de 90% de la chaleur en excès, joue un rôle crucial pour réguler le changement climatique. Sur environ 700 PgC (Peta-gramme de Carbone) injectés par les activités humaines depuis 1750, on estime que l’océan en a absorbé 170 PgC, limitant l’impact des émissions de CO₂ anthropique sur le changement climatique.

Sans ce puits de carbone océanique, la concentration de CO₂ dans l’atmosphère serait aujourd’hui d’environ 495 ppm contre 412.5 ppm observée en moyenne globale en 2020. En 2020, et malgré la diminution ponctuelle d’émissions de CO₂ liée au COVID-19 (de l’ordre de 4-7 %), le CO₂ atmosphérique a continué son inexorable augmentation, +2.5 ppm en 2020, soit du même ordre que sur la décennie 2010-2019.

Dans le contexte du changement climatique présent et futur, il faut évaluer avec précision chaque année le bilan de carbone global. Pour cela nous disposons des inventaires sur les émissions anthropiques et l’utilisation de sols, des mesures atmosphériques (taux d’accroissement de CO₂), et des observations océaniques (échanges air-mer). Le rôle du compartiment continental étant évalué à partir de modèles ou la part résiduelle des échanges quantifiés entre les autres compartiments.

Une autre conséquence directe des émissions de CO₂ et de son absorption par les océans conduit au phénomène d’acidification (diminution du pH), qui est maintenant bien observé dans toutes les zones océaniques, en particulier via la base SOCAT. Toutefois, les impacts de l’acidification sur les écosystèmes marins restent à évaluer. Aussi le pH et l’acidification des océans, est maintenant reconnu, au même titre que la température ou le niveau de la mer, comme une des 7 variables témoin du changement global (Global Climate Indicator, WMO/GCOS, 2018 ; Ocean Monitoring Indicators, CMEMS, 2020).

Dans ce contexte, il est important de suivre d’année en année le puits de carbone océanique global. Pour cela il est nécessaire de disposer d’observations de CO₂ océanique précises et, si possible, dans tous les secteurs océaniques et à différentes saisons, car le cycle du carbone océanique est très variable, dans le temps et l’espace, et suivant que l’on se trouve dans les zones au large ou zones côtières. Tel est l’objectif de la base de données SOCAT de CO₂ océanique, initiée lors d’un workshop à Paris et régulièrement actualisée depuis 2011. Faisant suite aux précédentes versions, et ce malgré la déprogrammation de nombreux projets et campagnes océanographiques en raison du COVID-19, la base SOCAT s’est enrichie cette année d’environ 2 millions de nouvelles données qualifiées provenant de 365 campagnes océanographiques, navires d’opportunité, ou capteurs sur mouillages (Figure 1).

Figure 1. À gauche : Distribution des nouvelles observations de fugacité du CO₂ (fCO₂, µatm) à la surface de l’océan intégrées cette année dans la base SOCAT-v2021 (principalement pour la période 2018-2020). Dans l’océan Atlantique et l’océan Austral on reconnait la trace de la navigation d’un voilier ayant participé à la course du Vendée Globe (Sea-Explorer, skipper Boris Herrmann). À droite : L’ensemble des données SOCAT sur la période 1957-2020. Les carrés symbolisent les capteurs de CO₂ sur des mouillages. Le niveau de CO₂ dans l’atmosphère étant d’environ 410 ppm aujourd’hui, les zones en bleu-vert (resp. jaune-orange-rouge) indiquent que l’océan agit en qualité de puits de CO₂ (resp. source). D. R.

À noter l’absence d’observations récentes dans certains secteurs, notamment le Pacifique Sud et l’océan Indien, ce qui nécessite d’élaborer des modèles d’extrapolation pour évaluer les échanges air-mer de CO2 à grande échelle et estimer le puits de carbone océanique intégré à l’échelle global (Figure 2) ou déterminer l’évolution du pH (acidification) dans l’océan global (Figure 3).

On notera en particulier, comme annoncé l’an dernier, les précieux enregistrements réalisés à bord de voiliers participant à la course du Vendée Globe (IMOCA Sea-Explorer, skipper Boris Herrmann), ainsi que de nouvelles données de capteur embarqué dans l’océan Austral sur un « Sail-Drone ».

Depuis la première version de 2011 qui rassemblait 6.3 millions de données, SOCAT contient à ce jour près de 32.6 millions d’observations in-situ de la fugacité de CO₂ dans les eaux de surface de l’océan global et zones côtières, couvrant la période 1957-2020. Outre les données originales accessibles en ligne et accompagnées des commentaires d’évaluation, la base propose également des produits grillés à différentes résolutions pour l’océan ouvert et côtier, pouvant être utilisés pour construire des climatologies, initialiser et valider les modèles biogéochimiques de l’océan et les modèles couplés climat/carbone (CMIP6) ou contraindre les modèles d’inversions atmosphériques.

Un outil de visualisation interactif (LAS Data viewer) permet un accès aisé aux données, dont l’extraction peut se faire par région, période, navire ou plateforme (bouées ou mouillages). Les codes de lecture Matlab des fichiers de données et produits grillés, ainsi que le format ODV (Ocean Data View, https://odv.awi.de/) sont également accessibles en ligne.

Cette base a été mise à profit dans plus de 350 publications et nombreux rapports internationaux (www.socat.info/publications.html), dans le cadre d’études sur les échanges air-mer de CO₂ aux échelles régionales ou globale, sur l’absorption de CO₂ anthropique et l’acidification des océans, ou l’évaluation de modèles biogéochimiques de l’océan et modèles couplés climat/carbone. En particulier :

• Elle est référencée dans les rapports du GIEC.
• Elle sert de support aux estimations annuelles du bilan de carbone planétaire (Figure 2, globalcarbonproject.org) et des rapports annuels sur le climat.

Figure 2. Le puits de carbone océanique global évalué sur la période 1959-2019 à partir de modèles océaniques (modèles individuels en vert, moyenne ligne noire et incertitude en grisé) ou de méthodes de reconstructions basées sur la base SOCAT (en cyan). Source : Global Carbon Project (Friedlingstein et al., 2020). Les modèles, comme les méthodes basées sur les observations, montrent que le puits de carbone océanique augmente. À noter que les observations suggèrent l’existence d’une variabilité interannuelle prononcée, non résolue par les modèles. D. R.

• Elle est exploitée pour mieux évaluer et comprendre les variations saisonnières à décennales du puits de carbone océanique dans l’océan ouvert, les zones côtières ou en Méditerranée.
• Elle permet d’évaluer l’évolution de l’acidification des océans. (Figure 3).

Figure 3. Évolution du pH dans l’Océan Global reconstruit à partir des données de la base SOCAT à l’aide du modèle Neural-Network du LSCE/IPSL (Chau et al., 2020). Sur la période 1985-2019, le pH diminue en moyenne, traduisant le phénomène d’acidification des océans. Source CMEMS (https://marine.copernicus.eu/access-data/ocean-monitoring-indicators). D. R.

• Elle est utilisée pour valider les reconstructions des concentrations de CO₂ océaniques dérivées de flotteurs autonomes Bio-ARGO).
• Elle sert de base de travail pour de nouveaux projets internationaux (projet SOCONET, aoml.noaa.gov/ocd/gcc/SOCONET/).
• Les données SOCAT sont intégrées à la base GOA-ON (Global Ocean Acidification Observing Network, goa-on.org).

Le laboratoire LOCEAN de l’IPSL alimente régulièrement cette base (observatoires SO/OISO, PIRATA, SSS, Bouée Boussole/Dyfamed), contribue au contrôle de qualité des données, et participe à la coordination des groupes Global et régionaux (océans Atlantique Tropical, Indien et Austral). Le projet SOCAT est coordonné par Dorothee Bakker (Université d’East Anglia, Royaume-Uni). Il a été et est soutenu par des programmes internationaux (SOLAS, IMBER, IOCCP, ICOS), européens (Carboocean, CarboChange, Atlantos) et nombreux instituts nationaux.

Contact

Nicolas Metzl, LOCEAN/IPSL, 01 44 27 33 94 – 06 77 47 72 48 –