Le changement climatique fait bouger le pôle Nord

Même si nous ne le sentons pas, la Terre est une toupie un peu folle. Non seulement elle tourne sur elle-même, mais son axe de rotation n'est pas fixe et, tel un gyroscope, il oscille au fil du temps, influencé par l'attraction conjuguée du Soleil et de la Lune. Ces phénomènes sont bien connus des astronomes qui leur ont donné les noms de "précession des équinoxes" et de "nutation". Concrètement, ils se traduisent par le fait que l'étoile Polaire change au cours des millénaires. Aujourd'hui, il s'agit de l'étoile alpha de la Petite Ourse mais, il y a cinq mille ans, nos lointains ancêtres visaient l'étoile alpha de la constellation du Dragon (voisine) pour repérer le nord. Et, dans vingt siècles, c'est au sein de la constellation de Céphée que l'on cherchera l'étoile Polaire.

La conséquence terrestre de tous ces phénomènes est le déplacement prévisible du pôle Nord géographique (à ne pas confondre avec le pôle Nord magnétique, qui bouge bien plus rapidement). Grâce à plusieurs systèmes et notamment au réseau de satellites GPS, on est d'ailleurs capable de déterminer la position du pôle au millimètre près. Mais depuis 2005, quelque chose ne va plus au pays des ours blancs. Alors que le pôle Nord dérivait doucement d'environ 6 centimètres par an en direction du nord du Labrador, il a, à cette date, bifurqué vers l'est, pointant désormais vers le Groenland. Surtout, son déplacement s'est sensiblement accéléré, puisque la vitesse est passée à 27 centimètres annuels.

Et c'est vers le réchauffement climatique, déjà accusé de bien d'autres maux, qu'il faut se tourner pour trouver la cause de ce changement de cap et de cette étonnante accélération. Pour le déterminer, une équipe américano-chinoise, dont l'étude paraîtra prochainement dans les Geophysical Research Letters, s'est appuyée sur les données de GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment), un duo de satellites mesurant les variations du champ gravitationnel terrestre et par conséquent celles de la répartition des masses sur notre planète. En effet, la distribution des masses à la surface de la Terre joue sur la rotation de celle-ci et donc sur la position des pôles. Si le rapport avec le climat vous échappe, il vous faut penser à l'eau. L'eau qui se déplace en permanence dans l'atmosphère, l'eau qui est temporairement stockée dans les sols, l'eau qui, sous forme solide, compose les glaciers de montagne et les calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique. Lorsque ces inlandsis fondent, ce qui est surtout le cas du Groenland, GRACE observe un transfert des masses.

Ce transfert correspond-il au brusque changement de cap du pôle Nord depuis 2005 ? D'après les auteurs de l'étude, cela ne fait guère de doute. Pour eux, 90 % du phénomène est imputable aux fontes des glaces et à la nouvelle répartition des masses d'eau qui s'ensuit, c'est-à-dire à la montée des océans. Rappelons que la décennie 2001-2010 a été la plus chaude jamais enregistrée depuis le début des relevés météorologiques. De plus, que le pôle Nord ait mis le cap vers le Groenland n'est pas étonnant selon le géophysicien de la NASA Erik Ivins, consulté par le site Internet de Nature : si l'on enlève de la masse à une sphère qui tourne, l'axe de rotation aura tendance à pointer vers l'endroit où a eu lieu la perte. Or le Groenland est le recordman mondial du régime puisqu'on estime qu'entre 1992 et 2011 il a perdu en moyenne 142 milliards de tonnes de glace chaque année. D'après Jianli Chen, un des auteurs de l'étude, le déplacement des pôles géographiques pourrait donc venir étoffer l'arsenal des indicateurs de fonte des calottes glaciaires.

Le pôle Nord géographique change régulièrement de position, il suit un cycle oscillatoire naturel. Toutefois, depuis 2005, son déplacement est modifié par la fonte drastique de la calotte polaire. Le changement climatique influencerait pour 90 % son décalage actuel…

Les pôles Nord et Sud changent de position. Les deux pôles géographiques de la planète définissent les extrémités de son axe de rotation. Leur position varie en fonction de la répartition de la masse autour de cet axe. Il existe deux cycles d’oscillation déjà bien connus, le cycle de Chandler d’une période de 14 mois, et le cycle annuel. Ce dernier caractérise la variabilité saisonnière, qui est directement liée à la répartition des précipitations neigeuses et liquides ainsi qu'au taux d’humidité.

Le déplacement des pôles est prévisible. Grâce aux mesures GPS on peut actuellement le déterminer avec une précision de l’ordre du millimètre. Entre 1982 et 2005, le pôle Nord a dérivé vers le sud, en direction du nord du Labrador (Canada) avec une vitesse de 6 cm par an. Mais en 2005, la direction du pôle a complètement changé. Il a fait cap vers le Groenland et son déplacement s’est accéléré. « Il y a eu un grand changement », commentait le géophysicien Jianli Chen.


La position du pôle Nord varie au cours du temps. Au 16 mai 2013, sa position en milliseconde d’arc (mas) est x = 92,02 y = 404,77. Les secondes d’arc permettent de mesurer de très petits angles. Ainsi, 1 seconde d'arc équivaut à 1/3.600 degré. © Observatoire de Paris

Des chercheurs de l’université du Texas à Austin ont récemment mis en évidence qu’une fois de plus, le changement climatique était impliqué. Les scientifiques rapportent que l’accélération de fonte du Groenland, et de façon moins importante mais non négligeable la fonte sur tout le globe, avait influencé de quelques centimètres chaque année la migration du pôle Nord géographique. L’étude, publiée dans les Geophysical Research Letters, prouve que depuis 2005, le retrait de la calotte arctique était responsable pour 90 % du changement de direction du pôle géographique.

Si l’on s’en tient aux cycles naturels de variabilité des pôles, les changements sont circulaires, les pôles oscillant régulièrement dans le temps. Or, la perte de masse liée à la fonte des glaces a modifié l’orientation de l’axe de rotation. En effet, si de la masse est perdue d’un côté d’une sphère en rotation, alors l’axe de rotation va s’orienter directement vers la position de cette perte.

Pour déterminer l’influence des glaces sur la rotation de la Terre, l’équipe scientifique s’est servie des données du projet Grace. Les deux satellites de Grace mesurent les changements de gravité sur tout le globe. Ces données peuvent donc être utilisées pour pister les changements de masse liés à la fonte des glaces, ou à l’évaporation de l’eau. À partir des données gravimétriques de Grace et de modèles climatiques, l’équipe a été en mesure d’identifier précisément l’influence du forçage du retrait des glaces sur la rotation de la Terre.

Les deux satellites de Grace laisseront place à Grace II en 2020. Lors de la transition entre les deux projets, il risque d’y avoir des problèmes dans l’acquisition des données. Dans la mesure où l’on est actuellement capable de mesurer très précisément la position des pôles, ces données pourront être utilisées pour quantifier la fonte des calottes polaires. D’un point de vue plus général, la position des pôles géographiques est un bon indicateur du climat.