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Le climat à découvert

 | 
Catherine Jeandel
, 
Rémy Mosseri

Troisième partie. Observations et indicateurs climatiques

17. Les récifs coralliens

Thierry Corrège

Texte intégral

1Les récifs coralliens sont, depuis près de 500 millions d’années, des formidables sentinelles de l’état de santé de notre planète. Ils ont toujours fasciné les Hommes, à juste titre, pour leur beauté et leur incroyable richesse, fruit d’une cohabitation entre les règnes animal, végétal et minéral. Un récif corallien est comme une grande mégalopole qui voudrait toujours construire plus haut, et qui s’enfoncerait lentement sous son propre poids. Et comme les archéologues qui retrouvent les traces de vie dans les anciennes cités, les géochimistes et les paléoclimatologues ont réussi à faire parler les récifs coralliens afin qu’ils fournissent des informations sur l’évolution de leur milieu de vie.

Études des récifs et méthodes de datation

2Il existe deux niveaux d’études des récifs coralliens à des fins paléoclimatologiques. On étudie tout d’abord la structure des communautés récifales dans leur ensemble et on date certaines de leurs composantes. Cette méthode permet de mieux connaître les paléoenvironnements et de caractériser les variations du niveau marin global. Dans un deuxième temps, on procède à des analyses géochimiques sur des coraux individuels, afin de reconstituer certains paramètres précis du milieu de vie (comme la température, la salinité, la richesse de l’eau en éléments nutritifs…).

3L’étude des communautés récifales et leur datation par diverses méthodes radiométriques (carbone 14, et surtout rapport uranium/thorium qui permet de dater jusqu’à pratiquement 400 000 ans) ont amené de réels progrès dans la documentation et la compréhension des variations du niveau marin au cours du Quaternaire terminal. Les coraux scléractiniaires, constructeurs de récifs, abritent dans leur tissu des algues microscopiques symbiotiques, les zooxanthelles. Ils ont donc tendance à se développer dans des eaux peu profondes et claires afin de faciliter la photosynthèse. Certains coraux ont même des exigences telles qu’ils vivent quasiment exclusivement dans les 5 premiers mètres. C’est cette propriété qui rend les coraux si utiles pour apprécier le niveau de la mer à différentes époques.

4Le Quaternaire terminal est caractérisé par des alternances de périodes interglaciaires (comme celle que nous connaissons actuellement) et de périodes glaciaires (le dernier maximum glaciaire datant d’il y a 21 000 ans). Durant les périodes glaciaires, la formation de calottes sur les continents soustrait de l’eau à l’océan mondial et abaisse le niveau marin. Les récifs coralliens, pour survivre, doivent suivre ce mouvement dit « eustatique », et en deviennent donc des marqueurs privilégiés. La datation précise de coraux à la Barbade (mer des Caraïbes) et dans diverses zones de l’Océan Pacifique a ainsi permis d’établir que durant le dernier maximum glaciaire, le niveau mondial des océans avait baissé de 120 mètres environ. Plus intéressant encore, la dynamique de la déglaciation, qui nous a amenés au climat actuel, et qui s’est exprimée par la variation du taux de remontée du niveau marin, a été reconstituée grâce aux coraux. Des incertitudes subsistent, mais certains grands traits ont été mis en évidence. Après une première pulsation rapide il y a 19 000 ans, la vitesse de remontée s’est stabilisée autour de 3 à 4 mm/an jusqu’à une période d’accélération de fonte des glaces continentales située entre 14 600 et 14 000 ans avant notre ère. Pendant cette période, le taux de remontée du niveau de la mer a atteint 40 mm/an. Il a diminué par la suite, pour osciller entre 7 et 15 mm/an jusqu’à ce que le niveau actuel des océans soit atteint, il y a approximativement 7 000 ans. Face à ces taux de remontée variables, les communautés coralliennes peuvent adopter des stratégies différentes. Si l’expansion verticale du récif arrive à suivre la hausse du niveau marin, on parle d’une stratégie « keep up ». Par contre, si le taux de remontée devient trop rapide, le récif ne pourra pas suivre et attendra une décélération pour adopter une stratégie de rattrapage du niveau marin (stratégie « catch up »). Si le niveau de la mer remonte trop haut, le récif sera noyé, la photosynthèse ne pourra plus se faire correctement, et les coraux mourront (stratégie « give up »). Malgré leur localisation dans différents océans, l’étude des communautés récifales fossiles et le mode de stratégies qu’elles ont adopté a donc apporté de précieux renseignements sur la dynamique des calottes glaciaires au cours de la déglaciation.

Fig. 1 – Opération de carottage* sur un corail massif dans le Pacifique Sud-ouest. © J. Orempuller, IRD

5Parmi les habitants des récifs coralliens, certains présentent un intérêt tout particulier pour les études climatiques ; il s’agit des coraux massifs. Ils possèdent des formes plus ou moins globulaires et massives qui résistent bien aux tempêtes tropicales, et peuvent pousser pendant des siècles, en moyenne d’un cm par an. Leur radiographie met en évidence des bandes de croissance annuelles, similaires aux cernes des arbres, qui fournissent une base chronologique très précise et essentielle pour les paléoclimatologues. En prélevant en continu les bandes de croissance, on atteint communément une résolution mensuelle (soit une douzaine d’échantillons par bande annuelle), voire hebdomadaire (figure 2).

Reconstructions paléoclimatiques

6Le squelette secrété par les coraux est constitué d’aragonite*, un carbonate de calcium de formule chimique CaCO3. Ce minéral possède donc un ion divalent* (Ca2+) et des atomes de carbone et d’oxygène, ce qui lui donne des propriétés remarquables exploitées par les paléo climatologues. Le carbone et l’oxygène possèdent plusieurs isotopes* stables qui sont des outils essentiels en paléoclimatologie. Quant à l’ion Ca2+, il peut être remplacé par d’autres ions divalents tels que Sr2+, Ba2+, Cd2+ ou Mg2+ selon des lois thermodynamiques plus ou moins bien comprises mais quantifiables empiriquement.

7Au total, le squelette du corail contient de nombreux traceurs qui peuvent nous renseigner sur les conditions physico-chimiques du milieu de vie de l’animal au moment de la calcification. Le rapport Sr/Ca (tous les éléments traces sont rapportés au Ca par commodité) est par exemple un traceur relativement fiable de température, qui diminue lorsque la température de l’eau augmente. Le rapport isotopique de l’oxygène (noté δ18O) mesuré dans l’aragonite des coraux est lui aussi affecté par la température, mais également par le rapport δ18O de l’eau de mer, qui lui-même varie essentiellement en réponse au bilan évaporation/précipitation (E/P). Ce qui peut donc paraître comme un handicap se révèle être un formidable atout car ce rapport E/P influe fortement sur la salinité de surface de l’océan. En couplant les mesures de Sr/Ca et de δ18O dans les coraux, on peut en théorie extraire du signal δ18O la part due à la température (donnée par le Sr/Ca) et obtenir un résiduel qui peut être relié aux variations de salinité. Bien entendu, chaque mesure est entachée d’erreur et d’incertitude, mais les coraux permettent néanmoins de reconstruire des données de température et de salinité avec une bonne précision.

Fig. 2 – Températures de l’eau en Nouvelle-Calédonie pendant le petit âge de la glace (XVIIIe siècle) obtenues par analyses du rapport Sr/Ca dans un corail massif (courbe bleue) comparées aux températures instrumentales du XXe siècle (courbe rouge). Les courbes noires montrent la variabilité décennale. Modifié d’après Corrège et al. 2001

8Les rapports Ba/Ca et Cd/Ca présentent un autre intérêt. Le baryum et le cadmium sont deux éléments chimiques qui ont une distribution dans la colonne d’eau similaire à celle des éléments nutritifs : ils sont appauvris en surface et leur concentration augmente avec la profondeur. Ils peuvent donc être utilisés comme traceurs d’« upwellings* » (cf. figure II-12), ces remontées d’eau froides et profondes induites par les vents qui ramènent des éléments nutritifs vers la surface de l’océan et provoquent une prolifération du plancton végétal. Des augmentations du rapport Ba/Ca ou Cd/Ca dans les coraux témoignent ainsi d’épisodes d’upwelling et donnent de précieuses indications sur les champs de vents de surface. La prudence est cependant de mise pour les coraux vivant près du débouché de grands fleuves, comme par exemple en Australie dans certains secteurs de la grande barrière de corail. Dans ces coraux, une augmentation du rapport Ba/Ca traduit en fait une augmentation de l’apport de baryum par les fleuves, qui drainent un arrière-pays naturellement riche en cet élément et soumis à une forte érosion des sols du fait de l’activité anthropique.

9Les isotopes du carbone sont eux aussi des traceurs précieux. L’isotope radioactif, le carbone 14, permet non seulement de dater les coraux, mais également d’obtenir des informations sur la circulation océanique globale. Les tests nucléaires aériens des années 1960 ont en effet rejeté de grandes quantités de carbone 14 (14C) dans l’atmosphère. Ce dernier a été ensuite progressivement absorbé par l’océan, mais de façon non homogène. L’année où le pic de 14C commence à poindre dans le squelette des coraux renseigne donc sur la dynamique océanique et sur les échanges océan-atmosphère. Quant aux isotopes stables du carbone (12C et 13C, dont le rapport est noté δ13C), leurs variations sont souvent difficiles à interpréter car principalement influencées par des processus biologiques multiples (photosynthèse, calcification, reproduction…).

10Ce rapide tour d’horizon donne un aperçu de l’intérêt des récifs coralliens pour les études de paléoclimatologie. Comme toutes les archives climatiques, les coraux présentent des qualités (nombreux traceurs, haute résolution temporelle qui permet d’étudier la variabilité climatique* interannuelle de type El Niño*…) et des défauts (restriction à la zone tropicale, possibilité d’altération du signal géochimique par diagenèse…), et doivent donc être utilisés avec précaution, si possible en conjonction avec d’autres archives.

Bibliographie

Références bibliographiques

• L. MONTAGGIONI - Coraux et récifs, archives du climat, Vuibert, 2007.

• T. CORRÈGE et al. - « Little Ice Age sea surface temperature variability in the southwest tropical Pacific », Geophys. Res. Lett., 2001.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Opération de carottage* sur un corail massif dans le Pacifique Sud-ouest. © J. Orempuller, IRD
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Légende Fig. 2 – Températures de l’eau en Nouvelle-Calédonie pendant le petit âge de la glace (XVIIIe siècle) obtenues par analyses du rapport Sr/Ca dans un corail massif (courbe bleue) comparées aux températures instrumentales du XXe siècle (courbe rouge). Les courbes noires montrent la variabilité décennale. Modifié d’après Corrège et al. 2001
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Auteur

Paléocéanographe, Professeur des universités, Directeur adjoint du Laboratoire EPOC, Talence.
t.correge@epoc.u-bordeaux1.fr

© CNRS Éditions, 2011

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