El Niño et La Niña
Une bande de vent sur le Pacifique décide si l'Australie brûle et si le Pérou est inondé.
La bascule du Pacifique
Niveau Débutant — langage simple, sans maths
Au milieu du Pacifique, le vent souffle normalement dans le même sens toute l'année : de l'Amérique du Sud vers l'Indonésie. Ce sont les alizés, et ils traînent la surface de l'océan vers l'ouest depuis qu'il existe un océan.
Traîner de l'eau a des conséquences. L'eau chaude de surface s'accumule à l'ouest, où la mer est réellement plus haute et plus chaude : une piscine d'eau tiède assez vaste pour changer le temps sur un continent. Et de l'autre côté, au large du Pérou, l'eau tirée loin de la côte est remplacée par le bas : une eau froide, sombre, riche en nutriments monte prendre sa place. Cette remontée nourrit l'une des pêcheries les plus riches de la Terre.
Laissez maintenant le vent faiblir. Plus rien ne retient la piscine chaude, qui glisse vers l'est à travers le Pacifique comme de l'eau qui clapote dans une baignoire. Les nuages de pluie suivent l'eau chaude, car la pluie se forme au-dessus des mers chaudes. L'Indonésie et l'Australie, qui se tiennent normalement sous toute cette pluie, s'assèchent. Le Pérou, côte désertique d'ordinaire, est inondé. Et la remontée froide s'arrête, si bien que les poissons s'en vont.
Voilà El Niño. Quand au contraire les vents soufflent plus fort que d'habitude et que tout est poussé plus à l'ouest encore, on parle de La Niña. Tout le Pacifique bascule entre les deux tous les quelques années, et le temps sur cinq continents bascule avec lui.
Bon à savoir
- Ce sont les pêcheurs péruviens qui l'ont nommé : El Niño, l'Enfant Jésus, parce que l'eau chaude et les poissons disparus arrivaient souvent aux environs de Noël.
- Les alizés maintiennent le Pacifique occidental environ un demi-mètre plus haut que l'oriental : la mer est réellement inclinée.
- Un El Niño fort déplace les pluies sur cinq continents à la fois, et c'est pourquoi une seule bande de vent dans le Pacifique se lit dans les sécheresses australiennes et les inondations d'Afrique de l'Est.
Inclinaison de la thermocline et circulation de Walker
Niveau Élève — les équations essentielles
Le système comporte trois pièces imbriquées. Les alizés traînent l'eau de surface vers l'ouest. Cette eau s'accumule dans la piscine chaude, élevant le niveau de la mer de 40 à 60 cm et repoussant la thermocline - la frontière nette entre l'eau chaude de surface et l'océan profond froid - jusqu'à environ 150 m à l'ouest, tandis qu'elle remonte à 50 m ou moins à l'est. Comme la thermocline est peu profonde au large de l'Amérique du Sud, la remontée côtière puise de l'eau froide et le Pacifique oriental reste de plusieurs degrés plus frais que l'occidental.
Ce contraste de température entraîne la circulation de Walker : l'air monte au-dessus de l'ouest chaud, s'écoule vers l'est en altitude, descend au-dessus de l'est frais et revient vers l'ouest en surface sous la forme des alizés eux-mêmes. Les vents créent le contraste de température, et le contraste crée les vents : une rétroaction positive appelée rétroaction de Bjerknes.
Ce qui signifie que l'ensemble peut basculer. Affaiblissez les alizés et la piscine chaude glisse vers l'est ; le Pacifique oriental se réchauffe, le contraste diminue et les alizés faiblissent davantage. L'eau chaude qui clapote vers l'est sous forme d'onde de Kelvin de plongée approfondit la thermocline orientale, coupant la remontée froide et verrouillant le réchauffement. C'est El Niño. L'état opposé, avec des alizés renforcés et un est inhabituellement froid et pentu, est La Niña.
L'intensité se suit avec l'Oceanic Niño Index, l'anomalie glissante sur trois mois de la température de surface de la mer dans le Pacifique centre-est. Au-dessus de +0,5 °C pendant cinq saisons chevauchantes, c'est un El Niño ; en dessous de -0,5 °C, une La Niña.
Formules clés
| Oceanic Niño Index | \(\text{ONI} = \overline{\Delta T}_{\text{Niño 3.4}}\) | anomalie glissante sur 3 mois |
|---|---|---|
| El Niño / La Niña | \(\text{ONI} \ge +0{,}5^\circ\text{C}\ /\ \le -0{,}5^\circ\text{C}\) | |
| Inclinaison de la thermocline | \(\sim 150\ \text{m à l'ouest},\ 50\ \text{m à l'est}\) | |
| Dénivelé de la mer | \(\approx 0{,}5\ \text{m}\) | |
Bon à savoir
- La rétroaction de Bjerknes : les alizés installent le contraste de température, et le contraste entraîne les alizés. C'est exactement pourquoi le système possède deux états quasi stables plutôt qu'un seul.
- Les ondes de Kelvin de plongée transportent l'eau chaude vers l'est à travers le Pacifique en environ deux mois, approfondissant la thermocline orientale et coupant la remontée.
- Un ONI supérieur à +0,5 °C pendant cinq saisons trimestrielles chevauchantes définit un El Niño ; en dessous de -0,5 °C, une La Niña.
Oscillateur retardé, téléconnexions et limites de prévision
Niveau Expert — profondeur mathématique complète
ENSO est le plus grand signal interannuel du système climatique et se comprend au mieux comme un oscillateur couplé océan-atmosphère. La rétroaction de Bjerknes fournit la croissance ; le retard qui transforme la croissance en oscillation provient de la dynamique des ondes équatoriales. Les ondes de Rossby se propageant vers l'ouest se réfléchissent sur la frontière occidentale en ondes de Kelvin vers l'est de signe opposé, revenant des mois plus tard inverser l'anomalie : c'est l'image de l'oscillateur retardé. Le cadre recharge-décharge ajoute la vue complémentaire : le volume d'eau chaude au-dessus de la thermocline s'accumule avant un événement et se décharge vers les pôles pendant celui-ci, ce qui explique que le contenu thermique équatorial soit un meilleur prédicteur que la température de surface elle-même.
Les téléconnexions se propagent par l'atmosphère. La convection tropicale anormale excite des trains d'ondes de Rossby - le motif Pacifique-Amérique du Nord au premier chef - réorganisant les rails des dépressions aux latitudes moyennes. La réponse atlantique compte en pratique : El Niño augmente le cisaillement vertical du vent sur l'Atlantique tropical, supprimant la genèse des ouragans, tandis que La Niña fait l'inverse. Ce seul mécanisme explique qu'une prévision ENSO soit intégrée à toute perspective saisonnière d'ouragans.
La prévision se heurte à la barrière de prévisibilité printanière : les prévisions initialisées avant avril environ perdent brutalement en qualité, parce que la rétroaction couplée est la plus faible et le rapport signal sur bruit le plus bas au moment où le cycle annuel bascule. Les coups de vent d'ouest, en partie stochastiques, peuvent déclencher ou avorter un événement, imposant une limite intrinsèque à la prévision déterministe de peut-être 6 à 9 mois.
La réponse d'ENSO au forçage de serre reste non résolue. Les modèles s'accordent largement sur une augmentation de la variabilité des pluies liées à ENSO, puisqu'un état moyen plus chaud déplace la convection pour une anomalie de température plus faible, mais ils divergent sur l'amplitude de la variabilité de température elle-même.
Formules clés
| Oscillateur retardé | \(\dfrac{dT}{dt} = aT - bT(t-\tau) - \varepsilon T^{3}\) | croissance, rétroaction retardée, amortissement |
|---|---|---|
| Rétroaction de Bjerknes | \(\tau_x \uparrow\ \Rightarrow\ \Delta T \uparrow\ \Rightarrow\ \tau_x \uparrow\) | |
| Volume d'eau chaude | \(\text{le WWV précède l'ONI de} \sim 6\ \text{mois}\) | |
Bon à savoir
- Dynamique de l'oscillateur retardé : les ondes de Rossby équatoriales réfléchies reviennent des mois plus tard en ondes de Kelvin de signe opposé, et c'est cela qui transforme une rétroaction positive en oscillation.
- El Niño accroît le cisaillement atlantique et supprime les ouragans ; La Niña le réduit et les favorise. Ce lien est intégré à toute perspective saisonnière d'ouragans.
- La barrière de prévisibilité printanière plafonne la prévision déterministe d'ENSO à environ 6 à 9 mois, en partie parce que des coups de vent d'ouest stochastiques peuvent déclencher ou avorter un événement.