Chaire de recherche sur la dynamique du carbone océanique

Mise en contexte

Les océans sont étroitement liés aux changements climatiques. Ils jouent un rôle clé dans la régulation du climat, ayant absorbé environ un quart des émissions anthropiques de CO2. Ils sont aussi affectés par cet apport accru de CO2 et par le réchauffement qui en découle, qui engendrent changements dynamiques, désoxygénation et acidification, avec des conséquences majeures sur les écosystèmes marins, les pêcheries et les communautés côtières qui en dépendent.

Or, de nombreux angles morts demeurent quant à ce rôle et à ces impacts, notamment pour expliquer les variations temporelles observées dans les cycles biogéochimiques marins. Jusqu’à récemment, les études se concentraient sur les tendances à long terme dans ces cycles, en raison notamment de la disponibilité limitée des observations. L’accumulation de décennies de données et l’émergence de nouvelles plateformes autonomes telles que les flotteurs biogéochimiques Argo permettent maintenant d’étudier les échelles inter-annuelle, sous-saisonnière et de méso-échelle (tempêtes, vagues de chaleur marines, tourbillons, blooms) dans la biogéochimie marine. Des études récentes suggèrent d’ailleurs que ces échelles influencent de manière significative les tendances à long terme du contenu en carbone, en oxygène et en nutriments des océans, par une variété de processus, et doivent donc être considérées si on souhaite réduire l’importante incertitude actuelle sur la quantité de carbone qui est absorbée par les océans.

L’Atlantique Nord est une zone particulièrement critique, ayant absorbé environ le tiers de tout le carbone anthropique contenu dans les océans, et constituant une zone de formation d’eaux profondes qui séquestre l’eau pour des millénaires. Le système de l’estuaire et du golfe du Saint-Laurent est connecté à l’Atlantique Nord-Ouest par les détroits de Cabot et de Belle-Isle, et représente ainsi un indicateur de choix des changements qui surviennent dans l’Atlantique. À cause du réchauffement et des changements de circulation dans l’Atlantique Nord-Ouest, les eaux profondes du golfe du Saint-Laurent se sont en effet réchauffées et désoxygénées de manière marquée depuis quelques décennies, avec des répercussions majeures sur les écosystèmes et les communautés dépendant de la pêche. Ces changements s’ajoutent aux perturbations locales telles qu’une perte importante du couvert de glace. Le Saint-Laurent représente ainsi pour les chercheurs

La mission de la chaire est d’élucider les processus qui pilotent la dynamique du carbone marin dans l’Atlantique Nord et dans ses mers adjacentes à diverses échelles de variabilité, contribuant directement au grand objectif du projet Uncertain Sea du programme TAC qui vise à réduire les incertitudes quant au cycle du carbone marin.

Créer un espace de référence où la communauté universitaire met les savoirs scientifiques et les sciences océaniques au service de l’action environnementale et climatique, en particulier au Québec.

En plus des principes de rigueur et d’éthique attendus en recherche, cette chaire de recherche s’appuie sur trois principes innovants.

Sobriété : cette chaire met de l’avant une approche de sobriété en recherche, en ligne avec la thématique environnementale de la chaire et du programme TAC. Ce principe s’incarne en utilisant des pratiques de recherche qui minimisent les impacts environnementaux et qui priorisent la qualité et l’impact des résultats et des contributions plutôt que la quantité.

Engagement : encore une fois en ligne avec les objectifs du programme TAC, cette chaire prévoit une place pour l’engagement sociétal, en cherchant à mettre de l’avant les connaissances scientifiques sur l’urgence climatique, autant avec les citoyens que les décideurs.

Responsabilité : ces principes s’ancrent dans le principe de responsabilité, qui émane à la fois du financement public, qui engage une responsabilité envers la société de produire de la recherche utile, et de la génération de connaissances sur l’urgence climatique, qui engage une responsabilité de transmettre ces connaissances aux décideurs et à la population afin de limiter les effets de la crise climatique.

L’objectif scientifique du programme de recherche de la chaire est de caractériser les processus physiques et biogéochimiques qui pilotent diverses échelles de variabilité de la biogéochimie marine, avec pour objectif de comprendre le rôle de ces échelles dans les tendances à long terme dans l’absorption et le stockage du carbone dans l’Atlantique Nord. Cet objectif sera atteint à l’aide d’une méthodologie principalement basée sur l’analyse de données issues d’observations, complétée par des modèles numériques. Cette approche est originale, dans la mesure où les études de processus en biogéochimie de grande échelle sont généralement basées sur des modèles océaniques. Les données proviennent de deux types de sources : d’abord, de grandes bases de données historiques mondiales, telles que GLODAP, BGC-Argo, ou le World Ocean Database, visant la valorisation de données existantes riches, en adéquation avec le principe de sobriété ; et ensuite, de campagnes d’échantillonnage ciblées, priorisant les petites embarcations et menées en collaboration avec des partenaires locaux. Ces campagnes à faible impact environnemental permettront d’étudier certains processus de manière détaillée, en plus de favoriser un dialogue avec les acteurs autour des enjeux locaux et régionaux. Les données générées sont ensuite analysées à l’aide de diverses méthodes de croisement de données, de décomposition mathématique, ou d’analyses de masse d’eau visant l’identification des processus pilotant les variations temporelles observées. Les travaux visent à faire le lien entre la surface et la sous-surface, qui ont jusqu’à maintenant été étudiées séparément dans le cadre du cycle du carbone, malgré l’importance de relier les deux afin de réduire les incertitudes quant au bilan de carbone océanique.

Cet objectif s’inscrit dans celui du projet TAC Uncertain Sea qui est de réduire l’incertitude quant à la quantité de carbone absorbée par les océans afin d’améliorer les projections climatiques. Les projections climatiques sont des outils à portée sociétale, puisqu’ils visent à améliorer la réponse humaine à la crise climatique en (i) permettant de déterminer des objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre compatibles avec les capacités d’adaptation de l’humanité et (ii) en fournissant des informations sur le climat futur qui permettent aux sociétés de s’adapter de manière préventive. De l’objectif scientifique de cette chaire découle donc un objectif sociétal : celui de mettre de l’avant les résultats scientifiques proposés et la science océanique en général au service de l’action environnementale et climatique, en particulier au Québec.

Axes de recherche

Évaluer les variations à haute fréquence des propriétés physico-chimiques de l’eau ;
Identifier les causes de ces variations, notamment les tempêtes, les vagues de chaleur marines, ou les blooms de production primaire ;
Quantifier leur impact sur les cycles biogéochimiques et le stockage de carbone marin à long terme.

Le rôle des variations à haute fréquence sera évalué dans la région de l’Atlantique Nord ainsi que dans l’estuaire et le golfe du Saint-Laurent.

Ce deuxième axe s’intéresse à la forte variabilité interannuelle à décennale dans les propriétés des eaux et les cycles biogéochimiques de l’Atlantique Nord-Ouest et du système Saint-Laurent auquel il est connecté. Dans cette région, les propriétés des eaux sont largement déterminées par les régimes de circulation, dominés tantôt par les eaux du courant du Labrador, tantôt par celles du Gulf Stream. Cet axe vise à identifier les mécanismes mal compris qui pilotent cette variabilité et à identifier le rôle de la variabilité climatique naturelle ou du forçage anthropique dans les tendances observées récemment, afin d’augmenter notre capacité de prédiction des variations futures.

Cet axe vise à porter dans l’espace public les dernières connaissances sur le rôle de l’océan dans la régulation du climat et sur les perturbations subies par les océans, afin d’alimenter les discussions sociétales sur la transformation socio-environnementale. La science peut appuyer cette transformation en aidant à identifier et décrire les enjeux les plus criants, ainsi qu’en proposant des solutions. Cet axe vise donc également à défendre la prise de décision éclairée par la science. Il s’appuiera sur des actions publiques telles que la production d’avis scientifiques dans le cadre de consultations gouvernementales et de sorties médiatiques contribuant aux débats publics. Ces actions s’appuient sur une mobilisation de la communauté scientifique, notamment via le Collectif de scientifiques pour l’action environnementale du Québec, lancé et piloté par Isabelle Arseneau et Mathilde Jutras. Ce Collectif vise à mettre l’expertise de scientifiques de disciplines et institutions variées au service de l’action environnementale, et regroupe déjà plus de 70 scientifiques québécois, incluant les autres titulaires des chaires TAC.