Une équipe de recherche internationale dirigée par l’ETH Zurich montre, sur la base de mesures, que les océans du monde ont absorbé nettement moins de CO2 que prévu lors de la vague de chaleur marine sans précédent de 2023.
Les océans du monde sont un important puits de dioxyde de carbone (CO2). Jusqu’à présent, elles ont absorbé environ un quart des émissions de CO2 d’origine humaine dans l’atmosphère, stabilisant ainsi le système climatique mondial. Sans ce rôle de puits, la concentration de CO2 dans l’atmosphère serait bien plus élevée et le réchauffement de la planète aurait déjà largement dépassé l’objectif de 1,5 degré. Parallèlement, l’océan absorbe environ 90 pour cent de la chaleur supplémentaire de l’atmosphère.
En 2023, les températures de surface des océans du monde ont brusquement augmenté et ont atteint des records dans différentes régions. Le Pacifique tropical était très chaud - en raison d’un puissant événement El Niño, qui a inversé les courants dans cette région océanique, de sorte que les eaux chaudes de surface se sont accumulées au large des côtes de l’Amérique du Sud et que les eaux plus froides ne peuvent plus remonter des couches plus profondes. Parallèlement, les mers situées en dehors des tropiques se sont également réchauffées de manière exceptionnelle, notamment l’Atlantique Nord.
"Ce réchauffement brutal de l’océan mondial, qui atteint de nouveaux records de température, est un défi pour la recherche climatique - car jusqu’à présent, on ne savait pas comment le puits de carbone marin réagissait à ce phénomène", explique Nicolas Gruber, professeur de physique environnementale à l’ETH Zurich.
Une équipe de recherche internationale a examiné pour la première fois, sur la base de mesures de CO2 océaniques provenant d’un réseau d’observation global, si et comment les températures extrêmes d’il y a deux ans ont eu un impact sur ce puits. L’équipe était dirigée par le biogéochimiste de l’ETH Jens Daniel Müller, qui était jusqu’à récemment postdoctorant dans le groupe de Gruber.
Dans une étude publiée dans la revue spécialisée Nature Climate Change, les chercheurs montrent qu’en 2023, l’océan global a absorbé près d’un milliard de tonnes de CO2, soit environ dix pour cent de moins que ce qui était prévu sur la base des années précédentes. Cela correspond à environ la moitié des émissions totales de CO2 de l’UE ou à plus de 20 fois celles de la Suisse. "Ce n’est pas une bonne nouvelle", constate Gruber, "mais la diminution est moins importante que ce que l’on craignait"
L’eau chaude dissout moins de CO2
Ce recul n’a pas vraiment surpris les chercheurs. Müller explique pourquoi à l’aide d’un phénomène quotidien : "Lorsqu’un verre d’eau gazeuse se réchauffe au soleil, le CO2 dissous s’échappe dans l’air sous forme de gaz". Il en va de même dans l’océan.
Le fait que l’océan global ait absorbé moins de CO2 au cours de l’année caniculaire 2023 était surtout une conséquence des températures élevées de l’eau dans les régions extratropicales de l’hémisphère nord, notamment dans l’Atlantique nord. "Les températures élevées ont réduit la solubilité du CO2, ce qui a entraîné un dégazage anormal de CO2 et une diminution de l’efficacité des puits", explique Müller.
Cependant, le fait que l’océan absorbe ou libère du CO2 ne dépend pas uniquement de la température. Si l’on ne considère que la diminution de la solubilité du CO2, le dégazage devrait être dix fois plus important en raison des températures élevées en 2023. Cela aurait entraîné l’effondrement presque total du puits de carbone marin mondial.
Or, l’étude montre que le puits n’a que modérément diminué. Selon les chercheurs, cela s’explique par des processus physiques et biologiques dans l’océan qui s’opposent à l’émission de CO2 et soutiennent la capacité du puits. Cela est dû au fait que ces processus réduisent la concentration de carbone inorganique dissous (dissolved inorganic carbon, DIC) dans les couches proches de la surface.
Des forces compensatrices stabilisent le puits
Trois processus physiques et biologiques maintenaient le CID en profondeur dans les couches proches de la surface en 2023. Premièrement, l’échappement du CO2 lui-même. Deuxièmement, une stratification plus stable de la colonne d’eau empêchait l’eau riche en CO2 de remonter des couches plus profondes vers la surface. Troisièmement, la pompe biologique a transporté de manière continue du carbone organiquement lié dans les profondeurs marines : par pompe biologique, on entend le processus par lequel les organismes photosynthétiques absorbent du CO2 dans les couches inondées de lumière et se développent, puis meurent et descendent dans les profondeurs.
Ces trois forces compensatoires - l’échappement du CO2, la stratification de la colonne d’eau et la pompe biologique - ont stabilisé le puits de carbone. "Ainsi, la réponse de l’océan aux températures extrêmes de 2023 peut être comprise comme le résultat d’un bras de fer permanent entre l’échappement de gaz dû à la température et l’appauvrissement simultané en CO2 dissous", explique Gruber.
L’effet El Niño masqué
Les chercheurs expliquent de la même manière l’influence d’El Niño de 2023 sur le puits de carbone marin : pendant un El Niño, la circulation dans le Pacifique tropical s’affaiblit, de sorte que moins d’eau froide et riche en CO2 remonte à la surface. Cela a pour conséquence que le Pacifique tropical oriental, qui émet de très grandes quantités de CO2 dans l’atmosphère les années normales, ne dégage pratiquement pas de CO2 pendant les années El Niño. El Niño favorise ainsi la capacité de puits global de l’océan - malgré le fort réchauffement.
C’était également le cas en 2023. "Toutefois, le fort réchauffement de l’océan extratropical a neutralisé l’effet El Niño dans le Pacifique tropical", conclut Müller. En effet, le dégazage de CO2 sous l’effet de la température a été si important, surtout dans l’Atlantique Nord, qu’il a masqué l’absorption de CO2 dans les tropiques. Cela a conduit à une diminution du puits de carbone marin en 2023, année d’El Niño.
Pour leur étude, les chercheurs se sont concentrés sur l’océan global, mais sans l’océan Arctique et les parties les plus méridionales de l’océan Austral. Ils ont utilisé des observations de CO2 provenant de navires de recherche, de cargos et de bouées de mesure pour établir des modèles de répartition globale à l’aide de données satellites et de l’apprentissage automatique. Ils ont ainsi pu calculer les flux de CO2 entre l’eau et l’air à la surface de l’océan.
L’avenir du puits marin est incertain
L’étude est l’une des premières à permettre, sur la base d’observations, de jeter un regard sur le comportement d’un océan réchauffé. "Mais nous ne pouvons pas encore dire avec certitude comment la performance du puits de carbone évoluera à l’avenir", constate Müller.
Une chose est sûre : depuis les températures record de 2023, les océans du monde ne se sont guère refroidis. La Terre continue de se réchauffer. Les vagues de chaleur deviennent plus fréquentes et plus intenses. "En revanche, on ne sait pas si les mécanismes compensatoires resteront efficaces à long terme et limiteront les dégazages liés à la température", indique Gruber.
Les deux chercheurs admettent que le puits de carbone marin pourrait absorber moins de CO2 à l’avenir. "Mais pour l’instant, l’océan global absorbe encore beaucoup de CO2 - heureusement", conclut Gruber.
Référence bibliographique
Müller JD, Gruber N, Schneuwly A, Bakker DC, Gehlen M, Gregor L, Hauck J,ÖLandschützer P, McKinley GA : Unexpected decline of the ocean carbon sink under record-high sea surface temperatures in 2023. Nature Climate Change, 2. September 2025, doi : 10.1038/s41558-025-02380-4
