oral

Cours ISEB 5. Le Phénomène El Niño

Océanographie - Environnement

La marche des saisons imprime un rythme à la vie sur Terre. Presque partout, le climat oscille comme un pendule entre été et hiver. Même aux tropiques, où le climat est chaud tout l'année, des saisons pluvieuses (les moussons) alternent avec des saisons sèches, avec chacune ses régimes de vent caractéristiques.

Pour se faire "une place au soleil", les hommes ont appris à s'adapter au rythme des saisons. Année après année, ils ont semé et récolté, élevé du bétail, déployé des bateaux de pêche, préparé des expéditions de chasse, selon un calendrier bien défini. Des siècles de tradition ont influencé la manière dont nous organisons aujourd'hui nos activités, comme les projets de construction, les campagnes militaires, les vacances scolaires, ...

Mais il n'est pas toujours possible de se fier au rythme des saisons. Quelquefois l'Océan Pacifique tropical et une grande fraction de l'atmosphère globale semblent obéir à une musique différente, modifiant les habitudes et perturbant d'innombrables espèces animales et végétales, et de millions d'êtres humains. De manière à permettre d'anticiper ces à-coups occasionnels dans la marche des saisons et d'aider une meilleure planification des économies, les scientifiques cherchent de comprendre ces rythmes rivaux, dont le plus marqué se nomme El Niño et présente une alternance entre un climat "normal" et un ensemble de conditions climatiques "différentes" (mais récurrentes) dans le Pacifique (Figure 1).

L'expression El Niño (signifiant "l'Enfant Jésus" en espagnol) était utilisée à l'origine par les pêcheurs le long des côtes de l'Équateur et du Pérou et s'appliquait à un courant océanique chaud qui apparaît habituellement au moment de Noël pour ne disparaître que quelques mois plus tard. Les poissons sont alors moins abondants pendant ces intervalles chauds, et les pêcheurs en profitent souvent pour réparer leur équipement de pêche et rester avec leurs familles. Certaines années, cependant, l'eau est particulièrement chaude, et l'arrêt de la saison de pêche s'éternise jusqu'à mai ou quelquefois juin. Avec le temps, l'utilisation de l'expression "El Niño" a été réservée à ces intervalles exceptionnellement chauds et marqués, qui non seulement perturbent les vies de ces pêcheurs sud-américains, mais également apportent des pluies intenses.

Au cours des 40 dernières années, dix El Niño ont affecté la côte sud américaine. Le dixième vient de se terminer... La plupart ont coïncidé avec une augmentation du niveau de la mer non seulement le long de la côte mais également aux Îles Galápagos, et sur une ceinture qui s'étend environ 8000 km à travers le Pacifique équatorial. Les événements les moins marqués correspondent à une augmentation des températures d'environ 1°C et à un impact mineur sur les pêcheries sud-américaines. Mais les plus violents, comme celui de 1982-1983 ou le dernier de 1997-1998, ont non seulement laissé leur empreinte sur la vie marine et le climat locaux, mais aussi sur des conditions climatiques à l'échelle de la planète.

Le El Niño de 1982-83, qui était souvent considéré comme le plus intense de ce siècle jusqu'à voici deux ans, n'avait pas été prévu ni même reconnu par les scientifiques pendant les premières étapes de son développement. Rétrospectivement ses origines peuvent être détectées en mai 1982 quand les vents d'est de surface (les alizés) qui habituellement s'étendent des Îles Galápagos jusqu'en Indonésie ont commencé à décroître. À l'ouest de la ligne de changement de date, les vents se sont inversés, associés au début d'une période de temps orageux.

Au cours des quelques semaines qui ont suivi, l'océan à commencé à réagir aux changements d'intensité et de direction du vent. Le niveau de la mer aux Îles Christmas dans le Pacifique central s'est élevé de près de 10 cm. En octobre, le niveau de la mer était anormalement élevé de près de 25 cm sur près de 6000 km à partir de l'Équateur. Alors qu'il s'élevait dans le Pacifique est, il s'affaissait simultanément dans le Pacifique ouest, exposant (et détruisant) les couches supérieures des fragiles récifs coralliens qui entourent de nombreuses îles. Les températures de surface aux Îles Galápagos et le long de la côte de l'Équateur étaient passées de 22°C à plus de 27°C !

En réponse à ces modifications de l'Océan Pacifique, la flore et la faune marines ont rapidement réagi (Figure 2). Après les augmentations de niveau de la mer aux Îles Christmas, les oiseaux de mer abandonnèrent leur progéniture et se dispersèrent sur tout l'océan en quête désespérée de nourriture. Lors du retour à la normale de la mi 83, 25% des phoques et otaries adultes et tous les nouveaux nés étaient décédés. De nombreuses espèces de poisson connurent un sort équivalent. Le long des côtes qui s'étendent du Chili à la Colombie Britannique les températures de la mer étaient supérieures à la normale, et les poissons qui vivent habituellement dans les eaux tropicales ou subtropicales avaient migré vers les pôles. En contrepartie certaines espèces ont bénéficié de ces conditions inhabituelles comme en attestent les récoltes inattendues de coquilles Saint-Jacques sur les côtes équatoriennes.

Le El Niño de 1982-1983 a aussi produit des effets dramatiques sur les continents. En Équateur et dans le nord du Pérou environ 250 cm de pluie tombèrent pendant 6 mois, transformant le désert côtier en prairie, avec l'apparition de 6 lacs. L'apparition d'une nouvelle végétation a entraîné l'arrivée d'essaims de sauterelles, permettant l'expansion des colonies d'oiseaux. Les nouveaux lacs ont également fourni un habitat temporaire pour les poissons qui avaient remonté le courant des rivières depuis la mer pendant les inondations, et qui étaient désormais prisonniers. Beaucoup d'entre eux furent attrapés par les riverains lorsque ces lacs s'asséchèrent. Dans certains estuaires inondés, la production de crevettes a atteint des records, comme d'ailleurs le nombre de cas de malaria (induits par la recrudescence des moustiques).

Comme le montrent ces exemples, les impacts économiques de ce El Niño furent très étendus. Le long de la côte sud-américaine, les pertes ont dépassé les bénéfices. Les industries de pêche de l'Équateur et du Pérou ont terriblement souffert quand leurs prises d'anchois se sont évanouies et quand les sardines se sont enfuies vers les eaux chiliennes (plus froides). Plus vers l'ouest, les anomalies de vent ont dévié les typhons de leurs routes habituelles, vers Hawaï ou Tahiti non préparées à de telles conditions météorologiques. Ces anomalies ont aussi déplacé les pluies des moussons sur le Pacifique central, au lieu du Pacifique ouest. Sécheresses et feux de forêt se sont alors déclenchés en Indonésie et en Australie. Des orages se sont abattus sur la Californie méridionale en hiver, et ont causé des inondations sur tout le sud des États-Unis, tandis que les stations de sport d'hiver du nord avaient à se plaindre d'une saison trop peu froide et d'un manque évident de neige. Le coût total de ce El Niño pour la planète a été évalué à plus de 100 milliards de francs. Les impacts psychologiques, ou même le nombre de victimes, sont plus difficiles à évaluer.

D) El Niño et le climat

Le lien entre ces effets climatiques disséminés sur le globe et El Niño est maintenant bien établi. Il a pourtant fallu du temps aux scientifiques pour comprendre comment s'assemblaient les différents morceaux du puzzle, des courants océaniques aux vents et aux pluies intenses. Voici plusieurs dizaines d'années, le scientifique britannique Sir Gilbert Walker (Figure 3) a en fait posé les premiers éléments de la réflexion.

Pendant les années 20, tandis que les scientifiques d'Amérique du Sud étaient occupés à documenter les effets locaux de El Niño, Walker était affecté en Inde, et essayait de trouver des moyens utiles à la prévision de la mousson asiatique. En étudiant les données atmosphériques à sa disposition, il s'aperçut d'une corrélation remarquable entre les relevés barométriques de l'est et de l'ouest du Pacifique. Il se rendit compte que la pression augmentait dans l'ouest quand elle s'affaissait dans l'est, et inversement. Il utilisa l'expression "Southern Oscillation" pour caractériser ce mouvement de balançoire visible dans les données barométriques.

Pendant les phases d'indice haut de ce mouvement oscillant, la pression est élevée dans l'est du Pacifique et basse dans l'ouest. Le long de l'équateur, le contraste zonal (longitudinal) de pression accélère les vents de surface d'est en ouest, des Îles Galápagos jusqu'en Indonésie. Pendant les phases d'indice bas, la différence de pression entre les deux extrémités du bassin s'atténue, et les alizés de surface s'affaissent. C'est dans le Pacifique ouest que se produisent les modifications de vent les plus marquées. À l'ouest de la ligne de changement de date les alizés disparaissent, alors qu'ils sont juste atténués à l'est. (Figure 4)

Walker se rendit compte que les saisons de mousson associées à un indice bas étaient souvent caractérisées par des sécheresses en Australie, en Indonésie, en Inde et dans différents secteurs de l'Afrique. Il énonça aussi le fait que ces indices bas étaient également associés à des hivers particulièrement doux dans le Canada occidental. Un de ses collègues l'attaqua dans une revue scientifique pour oser suggérer que des conditions climatiques dans des régions du globe aussi distantes pouvaient être liées. Dans sa réponse Walker prédit, correctement, qu'une explication devait exister mais qu'elle devait vraisemblablement exiger une connaissance des structures du vent à des niveaux autres que le sol (ce qui était à l'époque difficilement observable).

Pendant les décennies qui suivirent, les chercheurs ont ajouté de nouveaux morceaux à ce puzzle de l'oscillation australe. Une information nouvelle provint d'une région du monde distante, sur laquelle Walker n'avait que peu de renseignements: les îles désertiques du Pacifique central équatorial. Selon les statistiques climatiques, ces îles stériles reçoivent autant de pluie que de nombreuses autres îles qui présentent au contraire une végétation luxuriante. L'origine de ce paradoxe devient triviale lorsqu'on examine les statistiques pour ces îles année par année: le plus souvent les précipitations sont en fait très faibles, voire nulles, mais à l'occasion de certaines années "de bas index" ce sont de véritables déluges qui s'y abattent jour après jour, mois après mois. Ainsi l'index de pression de Walker s'avère lié à des changements dramatiques de la distribution des précipitations dans les tropiques.

Vers la fin des années 60, le professeur Jacob Bjerknes (Figure 5) mit en place une nouvelle pièce importante du puzzle. En fait, alors qu'il était jeune chercheur, Bjerknes avait établi sa renommée en publiant la première description complète et intelligible du cycle de vie des tempêtes aux moyennes latitudes. Près de 50 ans plus tard, il était le premier à voir une connexion entre les températures de surface de l'océan anormalement chaudes, les alizés faibles et les fortes chutes de pluie qui accompagnent les conditions d'indice bas. C'est donc Bjerknes qui le premier établit que El Niño et l'oscillation australe étaient deux parties d'un même phénomène, désormais souvent désigné par ENSO.

E) Tirer les leçons du passé

Contrairement à la marche des saisons, régulière et par conséquent facilement prévisible, El Niño se produit avec des intervalles de temps irréguliers, allant de 2 à 10 ans, et deux événements ne sont jamais tout à fait les mêmes. Ainsi, celui de 1982-83 prit les scientifiques par surprise parce qu'à la différence des événements précédents il n'avait pas été précédé par une période d'alizés renforcés à l'équateur. De plus, il se produisit de façon exceptionnellement tardive dans l'année.

De manière à se préserver de la possibilité de telles surprises (c'est à dire de l'arrivée d'un El Niño "dissident"), les scientifiques ont continué de documenter autant d'événements passés que possible, en agençant des petits bouts d'évidences historiques issues de sources très variées (Figure 6):

- Enregistrements de température de surface de la mer. Des millions de rapports de navires marchands ayant traversé l'équateur ont été recueillis pendant plus d'un siècle. Puerto Chicama sur la côte péruvienne dispose de données de température depuis les années 30.

- Observations quotidiennes de pressions atmosphériques, de précipitations. Des stations météorologiques comme celle de Darwin en Australie disposent de données depuis plus de 100 ans.

- Écrits des colons espagnols implantés le long des côtes du Pérou et de l'Équateur, datant de la fin du 15^ème siècle.

D'autres évidences "indirectes", fondées sur des échantillons de corail (Figure 7), fournissent des renseignements sur la façon dont la fréquence des El Niño passés a varié à l'échelle des siècles voire des millénaires. Des données tirées des arbres les plus vieux (espacement variable entre deux anneaux de croissance consécutifs) renseignent également sur les événements du passé.

F) Vents, upwelling, et la chaîne alimentaire

Pour comprendre comment El Niño affecte l'océan, il faut d'abord apprendre comment les vents de surface déplacent l'eau de l'océan pendant les années normales et comment les mouvements induits affectent les températures et les contenus en nutriments chimiques, disponibles à la base de la chaîne alimentaire. Nous allons considérer deux régions distinctes: le Pacifique équatorial qui s'étend vers l'ouest depuis les Îles Galápagos jusqu'à la ligne de changement de date, et les eaux côtières le long du Pérou et du sud de l'Équateur.

Les alizés qui soufflent le long de l'équateur et les vents du sud-est qui soufflent le long des côtes sud-américaines ont tendance à entraîner les eaux de surface sur leur chemin (Figure 8). Du fait de la rotation de la Terre, les courant sont déviés vers leur droite dans l'hémisphère nord, et vers leur gauche dans l'hémisphère sud. Les eaux de surface sont ainsi repoussées vers les pôles au niveau de l'équateur, et vers le large le long de la côte sud-américaine. Là où l'eau de surface est chassée, elle est remplacée par une eau plus profonde (phénomène d'upwelling), plus froide et riche en nutriments. L'upwelling équatorial et l'upwelling côtier sont tous deux concentrés dans des régions très étroites (de l'ordre de 150 km), et sont aisément visibles par satellite.

Les vents qui soufflent le long de l'équateur affectent aussi les propriétés de l'eau upwellée (Figure 9). En absence de vent, la couche limite entre l'eau chaude de surface et l'eau froide profonde (la thermocline) serait pour ainsi dire plate à l'échelle du Pacifique équatorial. Lorsque les alizés entraînent les eaux de surface vers l'ouest, la thermocline bascule en affleurant la surface dans le Pacifique est, et en s'enfonçant dans l'ouest.

L'eau froide sous la thermocline est riche en nutriments. Lorsque la thermocline est assez proche de la surface, le brassage induit par les vents est capable de la mélanger avec l'eau de surface. En présence de lumière (solaire), des espèces végétales minuscules (phytoplancton) utilisent ces nutriments pour produire une substance végétale verdâtre, la chlorophylle. La floraison du phytoplancton est très rapide, explosive, et en une semaine tous les nutriments disponibles sont utilisés. Ensuite le phytoplancton meure et coule. Ces floraisons sont observables par satellite (tâches vertes à la surface de l'océan) pendant leur durée de vie. Ces tâches peuvent servir de marqueurs des endroits où les phénomènes d'upwelling apportent des nutriments à la surface (Figure 10).

L'eau nouvellement upwellée est plus froide que son environnement. Elle peut être suivie pendant plusieurs jours par de l'imagerie infrarouge qui révèle la température de la surface de la mer (Figure 11). Cette signature prend la forme d'une langue froide qui s'étend vers l'ouest le long de l'équateur depuis la côte sud-américaine.

Ainsi, les vents contrôlent l'upwelling, qui lui-même contrôle la production de phytoplancton. Cette production affecte en retour les évolutions des minuscules animaux marins qui forment le zooplancton, qui le broutent, et finalement l'effet se fait ressentir à tous les échelons de la pyramide alimentaire marine. Les vents sont aussi responsables de l'apparition de la langue froide dans la structure horizontale de la température de surface de la mer.

G) Quand les vents faiblissent

Pendant des années El Niño, lorsque les alizés sont cantonnés dans le Pacifique est, l'océan répond de la manière suivante (Figure 12):

- La thermocline s'aplatit le long de l'équateur, remontant dans l'ouest et plongeant dans l'est de plusieurs dizaines de mètres. L'affaissement dans l'est est assez fort pour que l'upwelling côtier ne soit plus en mesure d'aspirer l'eau sous-jacente, froide et riche en nutriments.

- L'upwelling équatorial décroît, réduisant d'autant plus l'apport en nutriments pour la chaîne alimentaire.

- Le niveau de la mer s'aplatit, en remontant dans l'est et s'affaissant dans l'ouest. L'eau de surface déferle vers l'est du bassin.

Quand cet afflux d'eau relativement chaude atteint la partie est du bassin, quelques mois plus tard, la présence du continent l'oblige à s'étendre vers le sud et vers le nord le long de la côte. Les sardines et autres espèces de poissons quittent cette zone, et le niveau de la mer monte. Ces effets ont pu être ressentis jusqu'au Canada au nord, et au milieu du Chili au sud.

H) Ou comment la mer affecte les vents en retour

Les océans et l'atmosphère entretiennent un dialogue continu, en s'écoutant et se répondant mutuellement. Jusqu'à présent nous nous sommes concentrés sur l'un des côtés de la conversation: comment les vents le long de l'équateur influencent la pente de la thermocline et l'intensité de l'upwelling. Les modifications induites sur la température de surface de la mer vont cependant affecter en retour les vents.

Quand les alizés soufflent à leur pleine puissance, l'upwelling d'eau froide le long du Pacifique équatorial refroidit l'air qui le surplombe, le rendant trop dense pour qu'il s'élève assez haut pour permettre à la vapeur d'eau de se condenser et de former des nuages et des gouttes de pluie. Ainsi l'air reste libre de nuages pendant les années "normales", et la pluie dans la ceinture équatoriale est largement confinée dans l'extrême ouest du bassin, au voisinage de l'Indonésie (Figure 14).

Mais lorsque les alizés s'affaiblissent et régressent vers l'est pendant les premiers stades d'un événement El Niño, l'upwelling se ralentit et l'océan se réchauffe. L'air humide à la surface de l'océan se réchauffe également. Il devient assez léger pour former des nuages épais qui produisent de fortes pluies le long de l'équateur. Cette modification des températures de surface océaniques est donc responsable du déplacement vers l'est du maximum de pluie sur le Pacifique central. Les ajustements atmosphériques associés correspondent à une baisse de pression dans le Pacifique central et oriental, et à une augmentation de pression dans le Pacifique ouest (Indonésie et Australie), propice à une plus grande relaxation et un plus grand retrait des alizés (Figure 15).

De cette manière, le dialogue entre le vent et la mer dans l'Océan Pacifique peut devenir de plus en plus intense, chaque interlocuteur renvoyant une réponse à chaque fois amplifiée. De petites perturbations dans l'océan ou l'atmosphère peuvent s'amplifier jusqu'au déclenchement éventuel d'un fort El Niño. De la même façon qu'il est souvent difficile d'incriminer l'un ou l'autre des partenaires dans la dégénérescence d'un dialogue, il est difficile d'identifier le changement subtil dans le système océan-atmosphère qui initie une transition hors de ou vers des conditions El Niño.

I) Les conséquences d'un El Niño à l'échelle du globe

Les à-coups du dialogue qui s'établit entre l'océan et l'atmosphère dans le Pacifique peuvent affecter par ondes de choc les conditions climatiques dans les régions les plus éloignées du globe. Ce message d'échelle planétaire est convoyé par des déplacements des régions de pluies tropicales, qui affectent ensuite les structures de vent sur toute la planète. On peut imaginer un courant par dessus de larges rochers. Ces rochers créent des trains d'onde, avec des creux et des crêtes, qui apparaissent à des positions fixes. Si l'un des rochers venait à changer de position ou de forme, l'allure du train d'onde serait modifiée et les creux et les crêtes apparaîtraient à des endroits différents (Figure 16).

Les nuages tropicaux porteurs de pluie déforment l'air qui les surplombe (8 à 16 km au dessus du niveau de la mer), comme des rochers affectent le cours d'un courant ou comme les îles modifient le profil de vent qui souffle sur elles (sur des milliers de km). Les ondes qui sont formées dans l'air au dessus de ces nuages vont déterminer les positions des moussons, et les routes des cyclones et ceintures des vents intenses qui les surplombent ("jet streams") séparant les régions chaudes et froides à la surface de la Terre. Pendant des années El Niño, quand la zone de pluie habituellement centrée sur l'Indonésie se déplace vers l'est vers le Pacifique central, les ondes présentes dans les couches hautes de l'atmosphère sont affectées, causant des anomalies climatiques sur de nombreuses régions du globe.

Les impacts de El Niño sur le climat aux latitudes tempérées sont les plus évidents pendant l'hiver. Par exemple, la plupart des hivers El Niño sont doux sur le Canada occidental et sur des régions du nord-ouest des États-Unis, et pluvieux sur le sud des États-Unis (du Texas à la Floride). El Niño affecte également les climats tempérés durant les autres saisons. Mais, même pendant l'hiver, El Niño n'est qu'un des nombreux facteurs qui influencent le climat des régions tempérées. Les années El Niño ne sont donc pas toujours marquées par des conditions aussi typiques que celles répertoriées dans les tropiques (Figure 17).

J) La prévision de El Niño

Nous avons considéré jusqu'ici la façon dont un événement El Niño se développe, comment il perturbe le monde marin dans le Pacifique, comment il influence les caractéristiques du climat à travers tout le globe, et comment les conditions atmosphériques et océaniques anormales nous affectent. Les scientifiques vont maintenant plus loin dans la connaissance du phénomène en incorporant les descriptions des événements passés dans des modèles de prévision (des programmes informatiques conçus pour représenter, en termes d'équations, les processus qui se développent dans la nature). Ces modèles sont nourris d'informations, représentées par des nombres, qui décrivent l'état présent du système atmosphère-océan (comme par exemple des observations de vitesses du vent, de courants océaniques, de niveaux de la mer, de profondeurs de la thermocline le long de l'équateur) (Figure 18). Les modèles de prévision produisent en retour des séries de chiffres (!) susceptibles d'indiquer la façon dont le système va évoluer au cours des quelques saisons ou années à venir (Figure 19).

De tels modèles permettent aux scientifiques de tester leur compréhension du comportement de systèmes complexes, et par exemple de voir si ces modèles sont capables de simuler des El Niño passés. Si les modèles s'avèrent assez réalistes, les chercheurs peuvent les utiliser pour effectuer des prévisions du climat futur.

De tels modèles numériques fondés sur les lois de la physique ont été utilisés en météorologie depuis les années 60, à des fins de prévision. Au début, ces prévisions numériques n'étaient pas meilleures que celles réalisées par les prévisionnistes chevronnés qui ne comptaient que sur leur propre expérience à analyser et comprendre le temps qu'il faisait. Mais, grâce aux avancés dans notre connaissance des systèmes climatiques et aux progrès des modèles numériques utilisés pour les représenter, les modèles de prévision d'aujourd'hui font systématiquement mieux que les meilleurs prévisionnistes.

Les modèles numériques de El Niño ne sont pas encore aussi performants que ceux utilisés dans la prévision du temps, mais ils sont maintenant capables de reproduire les caractéristiques d'un événement typique. Récemment, plusieurs groupes de recherche se sont investis dans l'utilisation de ces modèles pour prévoir le déclenchement et l'évolution de El Niño individuels, et leurs effets sur les structures météorologiques à travers le monde, avant même que ces El Niño se soient réellement produits. Les résultats jusqu'à présent, bien qu'imparfaits, donnent une meilleure indication des conditions climatiques qui prévaudront pendant la ou les saisons suivantes que de simples raisonnement fondés sur la persistance du phénomène ou sur un retour systématique à des conditions normales.

K) Un exemple d'utilisation des prévisions

Le Pérou fournit un excellent exemple de l'utilité de prévisions de El Niño, même à court terme. Comme dans la plupart des pays en voie de développement dans les tropiques, l'économie (et la production de nourriture en particulier) y est extrêmement sensible aux fluctuations climatiques.

Année après année, les va-et-vient entre température de surface de la mer, le long de la côte du Pérou, au dessus ou en dessous des valeurs normales produisent une grande variété d'impacts locaux. Les années chaudes (El Niño) sont plutôt défavorables à la pêche et certaines d'entre elles ont été caractérisées par des inondations dévastatrices dans la plaine côtière et sur les pentes occidentales de la Cordillère des Andes. Les pêcheurs se réjouissent au contraire des années froides, mais pas les agriculteurs qui se retrouvent confrontés à des sécheresses et des récoltes insignifiantes. De telles années froides surgissent souvent après le déroulement d'un fort El Niño. Ainsi les Péruviens ont de bonnes raisons d'être attentifs non pas aux seuls événements El Niño, mais plutôt aux deux extrêmes du cycle El Niño.

Avant même que les inondations issues du phénoménal El Niño de 1982-83 aient totalement disparu, les fermiers du Pérou commençaient déjà à craindre que les températures de surface de l'océan ne tombent sous la normale l'année suivante, apportant la sécheresse et un manque à gagner dans les récoltes. C'est à ce moment que le gouvernement péruvien a décidé de développer un programme apte à prévoir les bascules futures du climat.

La première tâche était d'effectuer une prévision pour la saison pluvieuse suivante, attendue pour début 1984. Les informations disponibles début novembre 1983 indiquaient que les conditions climatiques dans le Pacifique équatorial étaient proches de la normale et le resteraient vraisemblablement tout au long de la saison pluvieuse, favorisant de ce fait l'agriculture. Ces informations furent transmises à de nombreuses organisations et au Ministère de l'Agriculture, qui les incorporèrent dans leurs plans pour la période de pousse 1983-84 à venir. La prévision s'est avérée judicieuse, et les récoltes furent abondantes. Depuis, des prévisions pour la saison pluvieuse suivante ont été émises chaque mois de novembre, à partir d'observations de vents et de températures de l'océan dans la région du Pacifique tropical, et à partir de modèles numériques. Les prévisions sont présentées sous la forme de 4 possibilités:

- Un El Niño faible avec une période de pousse légèrement plus humide que la normale.

- Des eaux côtières plus fraîches que la normale, avec une plus grande probabilité de sécheresse.

Une fois la prévision émise, les représentants des agriculteurs et le gouvernement se rencontrent pour décider de la combinaison appropriée des plantes à semer de manière à maximiser le rendement global. Le riz et le coton, deux des principales plantations dans le nord du Pérou, sont très sensibles à la quantité et à la chronologie des précipitations. Le riz est florissant pour des conditions humides lors de la période de pousse, suivies de conditions plus sèches pendant la phase de maturation. Le coton, avec son système de racines plus profond, peut tolérer un climat plus sec. Par conséquent, une prévision d'un hiver El Niño peut indiquer aux fermiers de planter plus de riz et moins de coton que pour un hiver d'une année sans El Niño.

L) Le futur

Le Pérou est l'un des nombreux pays qui utilise déjà avec succès les prévisions de El Niño, en liaison avec une planification de l'agriculture. Les autres pays qui ont pris des initiatives similaires sont notamment l'Australie, le Brésil, l'Éthiopie et l'Inde. Ce n'est pas par hasard que tous ces pays se situent au moins partiellement dans les tropiques. Les états tropicaux ont énormément à gagner de prévisions réussies de El Niño parce qu'ils sont concernés par une fraction majeure des impacts que l'on a résumés plus haut, et parce qu'ils occupent les régions du monde où la précision des modèles de prévision du climat est justement la meilleure. Mais pour d'autres pays en dehors des tropiques, comme le Japon et les États-Unis, des prévisions plus précises de El Niño aideront la planification stratégique dans des secteurs comme l'agriculture ou la gestion des ressources en eau ou encore les réserves de blé et de pétrole (utilisé à des fins de chauffage). Encouragés par les progrès accomplis au cours de la dernière décennie, les scientifiques et les gouvernements de nombreux pays travaillent ensemble de manière à concevoir et réaliser un système global pour:

- Effectuer des prévisions climatiques systématiques, immédiatement disponibles à ceux qui en ont besoin à des fins de planification, de la même façon que les prévisions météorologiques sont diffusées auprès du public de nos jours.

La capacité d'anticiper les changements climatiques d'une année sur l'autre conduira à une meilleure gestion des productions agricoles, des réserves en eau, des pêcheries, et autres ressources. En incorporant les prévisions du climat dans ses décisions de gestion, l'humanité devient mieux préparée pour affronter les rythmes irréguliers du climat.

Des changements subtils dans l'interaction entre vent et mer dans le Pacifique tropical peuvent affecter des écosystèmes locaux et des vies humaines dans des régions distantes du globe. Certains des impacts sur l'environnement du El Niño de 1982-83, le plus intense du siècle jusqu'en 1997, sont représentés ici par des symboles.

Ces figures montrent le contraste saisissant qui existe pour l'écosystème marin le long des côtes du Pérou et de l'Équateur entre une année normale (à gauche) et une année El Niño (à droite). L'eau chaude et pauvre en nutriments apportée par un El Niño ne peut abriter que peu de phytoplancton (petites créatures qui sont à la base de la chaîne alimentaire marine). Les poissons, otaries et autres animaux marins doivent plonger plus profondément dans l'océan pour chercher de la nourriture. Les oiseaux de mer se dispersent sur les océans, en abandonnant leurs petits.

Sir Gilbert Walker a fourni un élément important à la compréhension de El Niño quand il découvrit que les pressions au niveau de la mer dans le Pacifique sud oscillaient entre deux états distincts. Pendant une phase d'indice haut de ce que Walker a dénommé "Oscillation Australe" (en haut, pour novembre 1988), la pression est plus élevée (rouge sombre) près et à l'est de Tahiti que plus à l'ouest de Darwin au nord de l'Australie. Ce gradient de pression le long de l'équateur entraîne l'air vers l'ouest (flèche longue). Quand l'atmosphère bascule dans une phase d'indice bas (en bas, pour novembre 1982), les baromètres sont à la hausse dans l'ouest et à la baisse dans l'est, signalant une réduction, voire une inversion, de la différence de pression entre Darwin et Tahiti. L'aplatissement de cette structure de pression provoque l'affaiblissement des alizés de surface, et leur retrait vers l'est. On sait que cette phase d'indice bas est habituellement accompagnée de conditions El Niño.

Les années El Niño (surlignées en jaune) ressortent clairement dans ces enregistrements de température de surface de la mer le long de l'équateur dans le Pacifique est, dans les données barométriques de Darwin, et dans les mesures de pluie aux Îles Christmas dans le Pacifique central.

Les coraux tropicaux voient leur structure enrichie chaque année d'une nouvelle bande. Un corail comme celui représenté ici est assez vieux pour avoir acquis 100 de ces bandes de croissance. Leur composition chimique révèle la température et la salinité de l'eau à l'époque où elles ont été formées. Les scientifiques s'appuient entre autres sur ces évidences du passé pour déterminer le comportement de El Niño dans des scénarios du climat futur.

D'intenses vents du sud-est (flèche rouge) dominent le long de la côte de l'Équateur et du Pérou. Ces vents qui soufflent pendant les années normales et les années El Niño entraînent l'eau de surface vers le nord-ouest, et occasionnent la remontée vers le surface d'eaux froides et riches en nutriments (bleu foncé) le long de la côte du Pacifique est.

Les vents d'est (flèche rouge) entraîne l'eau de surface vers l'ouest le long de l'équateur. La rotation de la Terre dévie ce courant vers le nord dans l'hémisphère nord et vers le sud dans l'hémisphère sud, écartant les eaux de l'équateur et les remplaçant par de l'eau issue de couches plus profondes (flèches vers le haut). De plus, les vents provoquent l'accumulation des eaux dans la partie ouest du Pacifique. Parce que de plus l'eau plus chaude est moins dense, le niveau de la mer est plus élevé dans la partie ouest du bassin que dans la partie est, où les vents soufflent à pleine puissance. La thermocline qui marque la limite entre les eaux chaudes de surface et les eaux froides plus profondes (bleu foncé) est inclinée. Elle affleure la surface dans le Pacifique équatorial oriental.

Cette image satellite prise par le Coastal Zone Color Scanner (CZCS) représente des conditions moyennes sur plusieurs années. Elle montre la concentration de chlorophylle dans les couches supérieures de l'océan, avec des couleurs chaudes pour les quantités les plus importantes. La chlorophylle est produite par le phytoplancton, l'échelon le plus bas de la chaîne alimentaire de l'écosystème marin. Le phytoplancton "fleurit" dans les eaux froides et riches en nutriments apportées depuis l'océan profond vers la lumière du soleil, où la photosynthèse peut se développer.

Cette carte montre la distribution de la température de surface de la mer le 31 mai 1988, quand le Pacifique équatorial était froid. Les eaux les plus chaudes sont indiquées en rouge foncé, et les eaux plus froides par du jaune puis du vert. On peut noter la langue d'eau froide récemment upwellée qui s'étend le long de l'équateur depuis la côte sud-américaine.

La température de surface de la mer apparaît très différente le 13 mai 1992, pour des conditions El Niño, quand la thermocline dans le Pacifique oriental était plus profonde que la normale et quand l'upwelling équatorial était supprimé. On peut noter l'absence d'une langue froide bien définie.

Les alizés (flèche rouge) qui s'étendent habituellement sur tout le Pacifique équatorial régressent vers l'est lors du déclenchement de conditions El Niño. Ceci déclenche des changements dans la couche supérieure de l'océan. Le long de l'équateur, la pente de la surface et la pente de la thermocline s'aplatissent toutes les deux.

Comme des interlocuteurs engagés dans un dialogue, l'Océan Pacifique tropical et l'atmosphère qui le recouvre s'influencent mutuellement et interagissent. Des modifications dans la force des alizés (vents d'est) le long de l'équateur induisent des modifications des courants océaniques et de l'upwelling, qui induisent des modifications de la température de surface de la mer, qui en retour altèrent la distribution des pluies, qui altère la force des alizés, ...

El Niño réarrange les distributions de pluie dans le Pacifique équatorial. Pendant des années normales (en haut), l'upwelling induit par les alizés de surface (flèche) maintient les eaux de surface du Pacifique central froides (bleu). Les fortes pluies sont confinées au dessus des eaux chaudes (rouge) qui entourent l'Indonésie sur le bord ouest du Pacifique. Pendant un El Niño (en bas), les alizés faiblissent et régressent dans le Pacifique est, permettant au Pacifique central de se réchauffer, et aux zones de pluie de se déplacer vers l'est.

Voici une vision plus détaillée de la façon dont El Niño réarrange les régions de pluie sur le Pacifique tropical. Les couleurs indiquent la répartition des températures de surface de la mer pour le mois froid de novembre 1988 et pour le mois chaud (El Niño) de novembre 1982, c'est à dire pour les mêmes mois que ceux de la figure 4. Le rouge correspond aux eaux les plus chaudes, et le bleu correspond aux régions les plus froides. Les zones de fortes pluies, telles qu'elles étaient vues par satellite, sont indiquées par des nuages. Les vents de surface à l'équateur sont indiquées par des flèches. On peut noter la suppression des précipitations tropicales là où les températures de surface de la mer sont inférieures à 27°C (couleurs bleutées).

Les vents au niveau du jet-stream (petites flèches noires), 8 à 25 km au dessus du niveau de la mer, changent de parcours entre un hiver normal (en haut) et un hiver El Niño (en bas). Une dorsale de haute pression présente sur la côte ouest de l'Amérique du Nord pendant les hivers El Niño préserve des températures supérieures à la normale dans les régions dessinées en orange, et dirige les orages qui habituellement affectent les états de Washington et de l'Oregon plus vers le nord, au niveau de la côte de l'Alaska (flèche épaisse). Les conditions El Niño créent aussi un environnement favorable pour le développement d'orages dans le Golfe du Mexique, apportant des pluies intenses à presque tout le sud des États-Unis. Un phénomène analogue de renforcement des vents d'ouest se produit dans l'hémisphère sud pendant son hiver, apportant de fortes pluies à des régions du sud du Brésil, et du nord du Chili et de l'Argentine.

Des données de qualité (non entachées d'erreur) sur les conditions du moment, et des modèles numériques réalistes pour projeter cet état dans le futur sont au cœur des efforts des chercheurs, non seulement pour comprendre El Niño, mais aussi pour prévoir quand de tels événements se produiront dans le futur, et quels seront leurs impacts physiques et économiques.

Ce diagramme représente quelques unes des composantes du système d'observation de l'océan qui ont été déployées pour aider à la prévision de El Niño. Les points rouges correspondent à des relevés automatiques du niveau de la mer. Les carrés jaunes et les losanges montrent l'emplacement de bouées fixes (ancrées au fond de la mer) assurant le contrôle des vents de surface et d'autres quantités atmosphériques, ainsi que la mesure de la température de l'océan à différents niveaux. Elles fonctionnent en continu pendant des mois sans intervention humaine. Les flèches roses décrivent les trajectoires de bouées dérivantes, mesurant la température de l'océan et renseignant sur le mouvement des eaux de surface. Les lignes bleues représentent les lignes des navires marchands qui sont disposés à effectuer des profils verticaux dans l'océan (à l'aide de sondes bathythermographes jetables) La plupart de ces observations sont envoyées directement par satellite aux centres de prévision météorologiques disséminés sur le globe

12 septembre 11, 2003