Le fonctionnement de la Méditerranée

Situation géographique

1La mer Méditerranée, du latin Medius Terrae, qui signifie au milieu des terres, s’étend sur 2.5 millions de km², entre l’Afrique et l’Europe. Elle est le plus grand bassin semi-fermé au monde, et son volume avoisine les 3.7 millions de km3. Elle est profonde (1 500 m en moyenne) et ses abysses, qui côtoient souvent son littoral abrupt, atteignent plus de 5 000 m dans la fosse de Matapan. Elle communique avec l’océan Atlantique par le détroit de Gibraltar (14,4 km de large et une profondeur moyenne de 300 m) et avec la mer Noire par le détroit des Dardanelles (entre 1.2 et 6 km de large pour une profondeur moyenne de 55 m). La Méditerranée se divise en deux bassins (bassin occidental et bassin oriental) séparés par le détroit de Sicile profond d’environ 400 m.

2Dans le bassin ouest, la température de surface varie de 12–13 °C en hiver à 26 °C en été, tandis que dans le bassin oriental la température de surface est d’environ 16–17 °C en hiver et 27 °C en été. Pendant l’été, les eaux de surface sont caractérisées par une thermocline, dont la profondeur, le gradient de
température et la durée augmentent progressivement de l’ouest vers l’est. Les eaux profondes de la Méditerranée (à partir de 250 m) sont très homogènes, avec une température de l’ordre de 12,8 °C et une salinité d’environ 38,2.

3Le temps de résidence des eaux méditerranéennes est très court (~ 70 ans) par rapport à celui des autres océans (500-1 000 ans), induisant une circulation rapide des masses d’eau qui se révèle être du même ordre de grandeur que la durée de l’ère industrielle. Ceci confère à la Méditerranée un caractère unique de « hot spot » pour le changement climatique¹ et on peut estimer que l’ensemble de la Méditerranée a actuellement subi l’impact des pressions anthropiques. A ce titre, elle peut être considérée comme une sentinelle pour identifier l’effet du changement climatique sur la physique et la biogéochimie des océans². Ceci étant, sa disposition à l’intersection de l’Afrique, l’Europe et l’Asie engendre des pressions anthropiques hétérogènes à l’échelle des différents sous-bassins³.

Circulation générale et hydrologie

4La mer Méditerranée, située entre des régions désertiques au sud et des régions au climat tempéré au nord, est un bassin d’évaporation, appelé aussi bassin de concentration, où l’effet des vents se conjugue avec l’aridité du climat pour générer un déficit d’eau (3 130 km³an^-1) que les apports par les pluies (1 000 km³an^-1), des fleuves et des eaux souterraines (430 km³/an) ne suffisent pas à compenser. La perte en eau représente l’équivalent d’une couche d’environ 1 m sur l’ensemble du bassin⁴. Pour combler ce déficit en eau, de l’eau Atlantique entre en surface par le détroit de Gibraltar, avec un débit estimé entre 0.5 et 1 million de m³.s^-1 (figure 1). Cette eau, moins salée que l’eau méditerranéenne, est moins dense et va circuler en surface⁵.

5Très schématiquement, la circulation de surface en Méditerranée suit une boucle anticyclonique (sens inverse d’une aiguille d’une montre ; figure 2). L’eau atlantique peu salée (35-36) et donc « légère » coule vers l’est en surface à partir du détroit de Gibraltar, en devenant plus chaude et plus salée tout au long de son trajet. Au cours de ce voyage, l’eau atlantique se modifie en subissant une évaporation et un mélange avec les eaux résidentes, très probablement en raison d’une activité méso-échelle intense (tourbillons indiqués en bleu sur la figure 2) et d’un mélange vertical en hiver. Dans le bassin levantin, les eaux de surface deviennent suffisamment denses en hiver pour « plonger en profondeur » et forment l’eau intermédiaire levantine. Cette eau revient vers l’ouest à des profondeurs comprises entre 200 et 500 m et rejoint l’océan atlantique à travers le détroit de Gibraltar⁶. La circulation en Méditerranée, peut être ainsi comparée à un moteur qui transforme l’eau Atlantique peu salée entrant en surface par le détroit de Gibraltar en une eau plus salée et plus dense, appelée eau méditerranéenne, qui coule et retourne vers l’Atlantique en profondeur, également par Gibraltar, selon un schéma de circulation dit anti-estuarienne (figures 1 et 2).

6La circulation en Méditerranée, est également en grande partie contrôlée par le forçage météorologique. Dans le golfe du Lion et en Provence, trois régimes de vents intenses et qui se renforcent en hiver dominent : le Mistral, vent de nord à nord-ouest ; la Tramontane, vent d’ouest à nord-ouest ; et le vent de secteur est à sud-est qui amène généralement nuages et pluies. En Adriatique, c’est la bora qui souffle fort en hiver et dans le bassin oriental, c’est le meltem qui rafraîchit la mer Egée en été. Ces vents induisent des processus de déplacement horizontaux et verticaux des masses d’eau (upwellings, downwellings, jets côtiers et structures tourbillonnaires).

7Les vents d’hiver sont également à l’origine d’un phénomène primordial pour la circulation et le fonctionnement de la Méditerranée : la formation d’eau dense lié à un processus de mélange souvent dénommé convection hivernale.

8En effet, l’action conjuguée des vents du nord et du refroidissement hivernal se traduit par une forte évaporation, entraînant une augmentation de salinité, et une diminution de température des eaux superficielles, d’où une augmentation de leur densité à l’origine d’importants mélanges verticaux⁸. Ce processus de convection ou de « plongée » des eaux de surface peut concerner la colonne d’eau sur plus de 2 000 m de profondeur. Cette formation d’eau dense a lieu dans le golfe du Lion (centrée sur 42°N et 5°E) et au nord de la mer Adriatique. Ces eaux, initialement en contact avec l’atmosphère, sont riches en oxygène, s’écoulent en remplissant l’ensemble des bassins profonds pour ensuite s’évacuer dans l’océan Atlantique via le détroit de Gibraltar.

9Comme pour l’océan mondial, ce processus de convection hivernale gouverne la circulation thermohaline des masses d’eau de Méditerranée. De plus, il permet d’alimenter les eaux de surface en sels nutritifs à l’origine de la production primaire, d’oxygéner le fond de la mer, et accentue l’exportation de carbone vers les couches profondes.

Éléments nutritifs – Niveau trophique

10L’eau de mer est principalement constituée de sels dissous ou d’ions, provenant en grande partie de la décomposition des roches de la croûte terrestre. Ces éléments se comportent de manière dite conservative (comme le sel), c’est-à-dire que leur concentration est peu affectée par les processus chimiques et biologiques. Les autres éléments montrent des concentrations très faibles (<1 partie par million), et ont presque tous un comportement non conservatif, leur concentration étant fortement contrôlée par les réactions chimiques et biologiques. Parmi eux, on retrouve les nutriments, qui sont des composés chimiques essentiels au maintien et la croissance des cellules algales, et plus généralement des organismes vivants. On distingue les macronutriments (respectivement carbone, phosphore, azote, et silicium) qui fournissent l’énergie pour les fonctions métaboliques, et les micro-nutriments (Fe, Zn, Cu, Mn Co, etc.), qui jouent le rôle de co-facteurs, et qui sont requis en plus faibles quantités par les organismes vivants. Les formes de nutriments les plus facilement accessibles pour la croissance algale associée à la photosynthèse sont généralement les formes inorganiques.

11Globalement, la Méditerranée est une mer pauvre en nutriments, et même l’une des régions du monde où les concentrations sont les plus faibles⁹, avec une variabilité géographique significative, caractérisée par un gradient d’oligotrophie ouest-est révélée par l’image satellitale de la figure 3. Les concentrations de nutriments dépendent principalement des échanges à travers le détroit de Gibraltar et du Bosphore, des dépôts atmosphériques et des rejets fluviaux. Les échanges aux détroits de Gibraltar et du Bosphore se traduisent globalement par une exportation nette importante de nutriments, environ 10 % pour l’azote (N) et le phosphore (P), et 50 % pour le silicium¹⁰. Les pertes nettes sont supposées être compensées par des sources externes à l’échelle climatologique¹¹.

12Une autre spécificité de la mer Méditerranée est le déficit de phosphore par rapport à l’azote¹². Alors que le rapport azote/phosphore est égal à 16 dans l’océan global, celui de la Méditerranée est anormalement élevé (entre 22 et 24 pour les bassins ouest et est respectivement), suggérant une limitation de la production primaire par le phosphore¹³. Une des hypothèses fréquemment évoquées pour expliquer cette particularité est une forte contribution des sources externes¹⁴, notamment les apports atmosphériques et fluviaux, qui présentent un déficit en phosphore par rapport à l’azote¹⁵, déficit qui tend de plus à s’accentuer d’ouest en est. La mer Méditerranée orientale a été décrite comme étant la plus grande étendue d’eau de la planète limitée en phosphore.

Influences continentales : fleuves et atmosphère

13Les caractéristiques et la circulation des eaux méditerranéennes sont aussi influencés par les des fleuves qui s’y déversent. Ces apports d’eau douce, principalement en provenance des fleuves du nord, jouent un rôle important car ils favorisent la productivité primaire à l’échelle locale et ont un rôle majeur dans l’équilibre du bilan hydrique avec l’Atlantique. La moyenne annuelle du débit des fleuves méditerranéens est de l’ordre de 10 000 m³ s^-1, avec des valeurs minimales pendant l’été et des valeurs maximales au printemps. Plus de 50 % des apports sont assurés par les fleuves européens (Rhône, Pô et Ebre), parmi lesquels le Rhône a le plus gros débit (1 700 m³ s^-1 en moyenne), pouvant dépasser 10 000 m³/s lors de crues exceptionnelles. Le Nil, autrefois premier fleuve méditerranéen par son débit, n’atteint pratiquement plus la mer depuis la construction du barrage d’Assouan. Entre 1960 et 2000, une diminution de 20 % des apports fluviaux, a été observée en Méditerranée¹⁶, principalement à cause des activités anthropiques (construction de barrages, irrigation…), et, dans une moindre mesure, suite à la baisse des précipitations.

14En Méditerranée, à cause de la proximité immédiate des côtes, mais aussi de l’industrialisation et de l’urbanisation intensive du rivage, les apports atmosphériques sont abondants et contribuent fortement aux caractéristiques chimiques des eaux de surface¹⁷. Les dépôts atmosphériques ont ainsi été reconnus comme étant une source majeure d’éléments biogènes pouvant être supérieure aux apports fluviaux¹⁸. Les modèles récents de dépôt atmosphérique en Méditerranée montrent que l’Europe du Nord est une source très importante, et que la partie nord-ouest de la Méditerranée y est particulièrement affectée pour plus de 70 % du temps¹⁹. À ce bruit de fond se superposent des événements impulsionnels « sahariens » d’origine naturelle, qu’il est possible d’identifier à partir de l’abondance relative de géotraceurs appropriés, tels que le titane ou l’aluminium²⁰. L’évolution actuelle et à venir du climat pourrait perturber les régimes éoliens de la planète et par conséquent modifier l’intensité et les voies d’apport à la mer.

15La circulation générale des masses d’eau en Méditerranée occidentale est susceptible de transférer cette contamination d’origine atmosphérique loin de ses lieux de dépôt, en particulier via leur transit en profondeur lors des phénomènes de formation d’eau dense. À noter que les zones de formation d’eau profonde hivernale sont situées aux endroits même où d’importants apports en contaminants atmosphériques sont suspectés ; il s’agit en particulier du large du golfe du Lion et du golfe de Gênes.

16Ainsi, les concentrations d’éléments chimiques retrouvées en Méditerranée sont la combinaison de nombreux processus, tous impactés plus ou moins directement par le changement climatique et l’anthropisation : échanges avec l’océan Atlantique au niveau de Gibraltar, circulation et plongée des masses d’eau, apports par les fleuves, dépôts atmosphériques naturels et anthropiques.

Impacts climatiques et anthropiques

17Selon le GIEC²¹, la réalité du changement climatique est désormais établie sans équivoque comme étant directement lié à l’augmentation des teneurs atmosphériques des gaz à effet de serre anthropiques qui a induit une hausse moyenne de la température évaluée à 1 °C en 2018²². Cependant, dans certaines régions, y compris la région méditerranéenne, l’élévation future de température devrait être supérieure à l’augmentation globale²³ en raison de caractéristiques locales. L’océan, qui à lui seul stocke près de 90 % de l’énergie solaire, se réchauffe également rapidement. Ainsi les températures de surface (0-75 m) ont augmenté en moyenne de +0,11 °C par décennie depuis 1971, et il est très probable que ce réchauffement atteigne aussi les couches profondes²⁴.

18La mer Méditerranée apparaît comme une zone très sensible au changement climatique et a été identifiée comme particulièrement vulnérable²⁵. Elle est en effet caractérisée par des temps de renouvellement des masses d’eau très courts (voir plus haut), spécificité qui en fait un milieu où les variations climatiques ont un impact rapide sur l’hydrodynamique et les écosystèmes marins.

Changement hydrologique et réchauffement des eaux

19Les échelles spatiales et temporelles des processus physiques en mer Méditerranée sont d’un ordre de grandeur inférieur à celles de l’océan mondial, et les changements environnementaux en Méditerranée peuvent se produire sur des durées relativement courtes. Par exemple, jusqu’à récemment, les régions de formation en eaux profondes méditerranéennes les plus connues étaient le golfe du Lion et la zone nord de l’Adriatique. Cependant, une zone supplémentaire a été détectée en mer Egée entre 1980 et 1990. Près de 20 % des eaux de fond du bassin oriental, normalement issues du traditionnel site de formation d’eaux profondes en mer Adriatique, ont été remplacées par des eaux très denses formées en mer Égée. Cet évènement transitoire appelé EMT (Eastern Méditerranean Transient²⁶) a bouleversé la répartition des principales masses d’eau et apparaît comme la perturbation climatique majeure des caractéristiques de fonctionnement de la Méditerranée depuis le début des observations instrumentales. Un évènement similaire s’est déroulé dans le bassin ouest en 2006 appelé WMT (Western Mediterranean Transient²⁷). Ce mélange intense, localisé dans la mer Ligure, a produit une grande quantité d’eau plus salée et plus dense qui s’est propagée dans tout le bassin occidental, modifiant la structure d’origine des eaux intermédiaires et profondes²⁸. Ce changement rapide a également influencé les caractéristiques chimiques, notamment les teneurs en l’oxygène et des nutriments des eaux occidentales intermédiaires et profondes.

20Comme pour l’océan mondial, la mer Méditerranée connaît une évolution régulière des températures de surface, évolution qui est également détectable au niveau des eaux profondes. Ainsi, c’est l’ensemble de la mer Méditerranée qui se réchauffe (tableau 1).

21Les instruments modernes de mesure installés sur en point fixe des mouillages ou sur des sous-marins autonomes (gliders), réalisent de la collecte de données à haute fréquence temporelle et avec une résolution spatiale très fine, fournissant des images très précises de l’évolution des paramètres hydrologiques sur de vastes régions marines. La figure 4 montre l’évolution de la température entre 0 et 2500 m en mer Ligure et dans le golfe du Lion. Il apparaît clairement une augmentation de l’épaisseur de la couche chaude superficielle, associée à une hausse des températures. De plus, l’intensité des épisodes convectifs à l’origine de formation d’eaux profondes tend à diminuer de manière très significative.

22Il est également important de citer des épisodes de chaleur anormales (canicules) qui ont conduit à des températures estivales très élevées dans la couche de surface comme en 1999 et 2003³⁵. Ces épisodes, bien que transitoires et affectant essentiellement les eaux de surface (0-100 m), ont eu un impact important sur la vie marine, avec notamment une mortalité importante de colonies de gorgones³⁶.

23Les modèles océaniques indiquent clairement que les modifications des caractéristiques thermohalines auront comme conséquence au cours du xxi^e siècle une intensification de la stratification de la colonne d’eau³⁷, comme cela est déjà visible sur la série temporelle réalisée dans le bassin nord-occidental (figure 4). Par voie de conséquence, on assisterait à un ralentissement de la circulation générale en Méditerranée et à une diminution de l’intensité du processus de convection hivernale³⁸. La ventilation (oxygénation) des eaux profondes sera affectée ainsi que l’apport de nutriments vers les couches de surface siège de la production primaire, exacerbant les conditions oligotrophes de la Méditerranée. Les teneurs croissantes en chaleur et en sel des eaux profondes du bassin méditerranéen occidental pourraient à leur tour modifier les caractéristiques de l’écoulement vers l’océan Atlantique et perturber la circulation océanique à plus grande échelle.

24Ce réchauffement global est très susceptible d’avoir de graves répercussions sur le fonctionnement de la mer Méditerranée notamment sur les cycles biogéochimiques, sur la vie marine pélagique ainsi que sur les écosystèmes benthiques et sur le fonctionnement des réseaux trophiques. Des changements de la répartition des espèces et les modifications des habitats méditerranéens sont en cours et seront sans aucun doute accentués dans les prochaines décennies. De plus, l’évolution de tous ces processus, combinée à la réduction des précipitations et à l’intensification de l’érosion des sols, renforcera le rôle des sources externes d’éléments biogènes (apports continentaux et atmosphériques) dans le bilan biogéochimique de la Méditerranée.

Éléments nutritifs et productivité

25Il existe encore à l’heure actuelle un débat autour de l’évolution des teneurs en sels nutritifs en Méditerranée. Suite à la contamination des fleuves et des rivières par les engrains agricoles et rejets industriels, certains travaux ont suspecté une augmentation des teneurs en nitrate et phosphate au cours des dernières décennies (figure 5). Par exemple, l’augmentation rapide des concentrations de +0.56 %/an et +0.53 %/an respectivement pour le nitrate et le phosphate³⁹, fait encore souvent référence⁴⁰. Pourtant, ce schéma va l’encontre de l’évolution des principaux pourvoyeurs que sont les fleuves et des résultats plus récents issus des observations de terrain et de la modélisation.

26La figure 5 complète le jeu de données initiales qui a amené à cette hypothèse d’évolution rapide des teneurs en sels nutritifs en Méditerranée. Des données à la fois plus récentes et plus anciennes, mais toutes associées à la même masse d’eau profonde, révèle que les données initiales⁴² n’étaient pas appropriées pour décrire une évolution à long-terme et qu’aucune augmentation drastique des concentrations en phosphate ne semble détectable actuellement.

27De fait, ce constat semble confirmé par des études récentes basées sur des séries longues en un même site. Une série de 20 ans de données obtenues en mer Ligure⁴³, conclut plutôt à une diminution des concentrations en phosphate (-62 %/an) et à une augmentation, sans doute peu significative, de la concentration en nitrate (+0,23 %/an).

28La variabilité des charges nutritives mesurées par différents auteurs peut s’expliquer par les évolutions parfois antagonistes des multiples facteurs qui les contrôlent : distribution et évolution des masses d’eau, changements des caractéristiques des sources externes (débit et concentrations des fleuves, météorologie et composition atmosphérique).

29Par exemple, une augmentation du flux de nitrate dans les rivières a été observée entre les années 1970 et 1990, avant de rester assez stable depuis les années 2000. Dans le même temps, les charges de phosphate qui avaient fortement augmenté dans les années 1970, montrent une diminution régulière depuis les années 1990 suite à l’interdiction du phosphate dans les détergents et à la modernisation des stations d’épuration⁴⁴. De plus, les grands bassins versants sud-européens sont affectés différemment par les forçages anthropiques et climatiques avec des impacts plus ou moins contrastés sur le milieu marin⁴⁵.

30En ce qui concerne les changements dans les sources d’émissions non fluviales (c’est-à-dire principalement les dépôts atmosphériques), il n’y a pas encore suffisamment de données temporelles pour conclure à un impact direct sur l’évolution des teneurs en mer.

31Mais il est maintenant démontré à l’aide de simulations numériques que l’affaiblissement de la circulation thermohaline et de la convection profonde, que pourrait engendrer le changement climatique, réduirait l’apport en éléments nutritifs dans les eaux de surface.

32Par exemple, il a été montré que l’affaiblissement du mélange hivernal, associé à la diminution des apports fluviaux (-55 % d’après UNEP-MAP, 2003) et des précipitations (- 20 % d’après IPCC, 2008), réduirait l’enrichissement en nitrate et phosphate de la couche superficielle ; mais ces changements ne seraient significatifs qu’à partir de 2050 (Figure 6).

33Les résultats permettent de fournir une quantification de cette évolution : dans le Bassin Ouest, la concentration de nitrate en surface diminuerait progressivement de 48 % (de 0,42 μmol. l − 1 à 0,22 μmol·l − 1) et de 37 % pour les concentrations de phosphate (0,027μmol·l − 1 à 0,017μmol·l). Des tendances similaires sont trouvées pour le bassin oriental.

34Le même schéma est présenté pour l’ensemble de la mer Méditerranée⁴⁶ et pour le nord-ouest de la Méditerranée⁴⁷ où la diminution du stock nutritif serait de l’ordre de 10-20 %.

35Ces résultats suggèrent ainsi que les différents bassins de la Méditerranée deviendront de plus en plus oligotrophes, et donc potentiellement de moins en moins productifs, bien que certains travaux tendent à prédire le contraire⁴⁹. L’évolution du statut nutritif, contrôlant la croissance du plancton, pourrait avoir des implications sur la constitution et le fonctionnement du réseau trophique. Telle une réduction de l’abondance des grandes espèces de phytoplancton (22 % - 38 % dans le bassin oriental) au profit des petits organismes⁵⁰.

36Les nutriments, parce qu’ils contrôlent la production primaire océanique, et par conséquent une partie de la séquestration du carbone, exercent aussi une influence majeure sur le climat. Dans le contexte du réchauffement climatique, des modifications importantes des cycles biogéochimiques sont à prévoir⁵¹, et la Méditerranée, par sa configuration particulière, où les processus sont exacerbés et où la réponse de l’écosystème est particulièrement rapide apparaît comme un site d’étude idéal pour l’étude de ce couplage biologie/séquestration du carbone anthropique.

37Ces changements prédits par les modèles actuels pourraient être encore plus importants si les apports de nutriments par les rivières et au niveau du détroit de Gibraltar devaient diminuer, ou être atténués si ces derniers augmentaient. Les contributions relatives de chacune des sources doivent donc être précisées à l’avenir afin d’affiner les résultats de ces modèles prédictifs.

Gaz carbonique – pH

38Depuis le début de l’ère industrielle, une grande quantité de gaz à effet de serre a été rejetée dans l’atmosphère par les activités humaines. La concentration atmosphérique moyenne de gaz carbonique, qui était d’environ 280 ppm à l’époque préindustrielle, a atteint 408 ppm en 2019⁵². Environ 1/3 du CO₂ produit par l’activité humaine est absorbé par les mers et les océans⁵³ par le processus physique de dissolution à l’origine d’importants changements dans le système carbonaté océanique. Ce processus, qui forme spontanément de l’acide carbonique à l’origine de l’acidification des eaux, provoque notamment des effets néfastes sur les organismes à squelette ou coquille calcaire (coraux, coccolithophoridés).

39La capacité d’absorber du gaz carbonique est relativement élevée en Méditerranée par rapport à l’océan mondial pour deux raisons principales : une échelle de temps courte de renouvellement des eaux profondes et une alcalinité totale plus élevée, liée à sa salinité, qui favorise la dissolution du CO₂ de l’air⁵⁴. Une première synthèse des données historiques indique que toutes les masses d’eau méditerranéennes sont contaminées par le carbone anthropique⁵⁵, le bassin ouest étant plus affecté que le bassin oriental. Bien que ne représentant que 0,3 % du volume océanique mondial, la teneur en carbone anthropique de la méditerranée a été estimée à 1,1 % de la quantité océanique globale⁵⁶.

40L’augmentation de la teneur en CO₂ dans l’eau a entraîné une diminution significative du pH, comme le révèle le suivi réalisé sur 10 ans en mer ligure⁵⁷ période marquée par une diminution de l’ordre de -0.0028 unité par an (Figure 7).

41Une acidification équivalente (0,0024 ± 0,0004 unité pH), basée sur une étude des données historiques du système des carbonates, a été récemment mise en évidence pour l’ensemble des eaux de surface méditerranéennes⁵⁹.

42Les séries temporelles des teneurs en CO₂ et du pH sont encore peu nombreuses mais les modèles confirment ces tendances pour le futur (figure 8). Selon différents scenarios climatiques, la diminution de pH pourrait être d’ici 2100 de l’ordre de -0,245 et -0,462 unité dans le bassin occidental et de -0,242 et -0,457 unité dans le bassin oriental⁶⁰. Ainsi, malgré son alcalinité élevée, la mer Méditerranée s’acidifie rapidement, et sans action de grande ampleur pour limiter les émissions de CO₂, l’évolution sera plus rapide que pour l’océan globale⁶¹.

43L’acidification des eaux pourrait modifier de nombreux autres aspects de la biogéochimie des océans et notamment son niveau de production primaire. Beaucoup de phytoplanctons non carbonatés (par exemple, les diatomées) pourraient potentiellement bénéficier de l’acidification avec une augmentation du taux de la photosynthèse et de la croissance dans des conditions de CO₂ élevés. La réponse de phytoplanctons carbonatés (par exemple, les coccolithophores) semble plus variable. Des niveaux d’acidification élevés peuvent également influencer la spéciation des nutriments. Par exemple, le degré de limitation des ions phosphate, déjà un facteur limitant pour la production primaire, va augmenter, accentuant le caractère oligotrophe de la Méditerranée et affectant potentiellement l’ensemble de la structure des réseaux trophiques ainsi que l’exportation de carbone. Mais l’ampleur et l’importance de ces effets ne sont que très difficilement quantifiables.

44D’autres évolutions menaçantes se profilent sur les biotopes méditerranéens.

45La pollution marine est un problème majeur, avec plus de 10 millions de tonnes de déchets et de contaminants qui se retrouvent dans la mer chaque année en provenance de la terre par les rivières et l’atmosphère. Le cas du plomb est exemplaire pour démontrer la réactivité de la méditerranée à une contamination anthropique. Les premières mesures fiables de cet élément réalisées en 1983 ont révélé une forte contamination des eaux de surface, très supérieure à celle des océans. La poursuite des mesures sur une quinzaine d’années a permis de détecter une phase d’augmentation de ces teneurs en plomb jusqu’en 1989, suivie par une diminution progressive⁶³. Cette évolution a été corrélée à la fois à l’augmentation des rejets dans l’atmosphère du plomb utilisé comme additif dans les carburants, puis à sa diminution suite à l’application des directives européennes concernant l’essence sans plomb. Cet exemple est significatif de la sensibilité de la Méditerranée au sein de laquelle tout impact peut être très rapidement détectable.

46La thématique des contaminants chimiques en Méditerranée a fait l’objet de nombreux travaux depuis deux décennies. Mais la plupart concernent les régions côtières, et le plus souvent la frange littorale, incluant les zones estuariennes, en particulier celles du Rhône et de l’Ebre. Plus rares sont les travaux qui ont traité de la Méditerranée du large, c’est-à-dire au sein de sa « province océanique ». En effet, si le littoral méditerranéen est relativement bien surveillé, tout au moins dans sa partie nord avec la mise en application des directives-cadre (DCE, DCSMM), le milieu hauturier l’est beaucoup moins et les grands fonds (au-delà des 500 m) ne sont que très faiblement explorés et donc encore moins étudiés sous l’angle de la pollution.

47Jusqu’à présent très peu de travaux se sont attachés à la description systématique de la répartition des contaminants majeurs dans les différentes masses d’eau et à leur dynamique. Une des difficultés, et non la moindre, est leur présence à l’état de traces et d’ultra-traces, qui implique la mise en œuvre de méthodes de prélèvement, de préconcentration et de dosage, à la fois spécialisées et sophistiquées, que seuls quelques rares laboratoires possèdent. De plus des milliers de molécules nouvelles apparaissent en permanence, circulant dans l’atmosphère mondiale et les systèmes aquatiques, pour lesquelles les méthodes analytiques ne sont pas toujours disponibles.

48Ainsi, malgré une surveillance accrue des pollutions chimiques en Méditerranée en appui aux politiques publiques depuis de nombreuses années, il subsiste un besoin crucial de recherches scientifiques sur ces questions.

Conclusion

49La mer Méditerranée subit des changements rapides en réponse à des pressions naturelles et anthropiques qui sont souvent étroitement liées. Le changement climatique influence directement sa dynamique physique qui dépend essentiellement des échanges de chaleur et des bilans hydriques, tandis que l’urbanisation croissante et l’anthropisation du littoral impactent à la fois sa composante biogéochimique et l’ensemble du système du vivant, à la côte comme au large.

50Si la prévisibilité du climat liée à l’accroissement de l’effet de serre reste incertaine, il est de plus en plus probable que les pressions anthropiques conduisent déjà et conduiront à des changements sur les cycles biogéochimiques (e.g. acidification globale, charges nutritives…), dont les répercussions sur l’écosystème marin restent à évaluer et à quantifier, mais auront des conséquences indiscutables (des faibles impacts jusqu’à l’irréversibilité) sur les aspects sociétaux (pêche, tourisme, contamination chimique et microbienne…). L’intensification de la stratification thermique de la colonne d’eau associée à une réduction des apports nutritifs via les fleuves suite à une baisse de leur débit et à des périodes de sécheresse plus fréquentes pourraient accentuer le caractère oligotrophe de la Méditerranée. Il semble également y avoir un consensus selon lequel, parallèlement à une augmentation de la température et de la salinité au cours du siècle prochain, l’intensité de la formation d’eau dense hivernale, et donc de l’oxygénation des eaux profondes de Méditerranée, sera fortement réduite. Il est de plus attendu une modification (vers une intensification) de la fréquence et de l’ampleur des évènements extrêmes dans le futur (crues, épisodes sahariens, tempêtes, canicules) du fait des perturbations de la circulation atmosphérique, modifiant les apports de nutriments du continent vers l’écosystème marin côtier.

51Malgré les avancées récentes, la compréhension des mécanismes abiotiques et biotiques par lesquels la variabilité du climat affecte les mers et les océans, et notamment la Méditerranée, reste assez pauvre, limitant notre capacité de prédiction des changements dans les écosystèmes, les cycles biogéochimiques et les ressources exploitées. La modélisation apparaît comme un outil indispensable à la fois pour prédire mais également comprendre les processus de changement. L’établissement de scénarios hydrologiques et biogéochimiques selon différents modèles climatiques apparaît prioritaire car l’anticipation des changements environnementaux futurs est actuellement un des défis scientifiques majeurs. Il y a encore un fort besoin d’atteindre une compréhension mécaniste des processus pertinents afin de prédire les changements dans les écosystèmes. Ces changements influencent clairement les cycles des éléments biogéniques majeurs, la biodiversité, la pêche, les espèces invasives ont finalement des impacts socio-économiques. La modélisation semble particulièrement adaptée en mer Méditerranée où les forçages physiques et les interactions continent/mer/atmosphère sont bien connus, malgré une forte variabilité spatio-temporelle. De plus, d’importants efforts de collecte de données sont réalisés par des programmes nationaux et européens, dont certains (services nationaux d’observation) sont spécialement dédiés et conçus pour le suivi à long-terme du lieu marin méditerranéen⁶⁴.

52Ces flux permanents de nouvelles données sont indispensables pour explorer de futures périodes climatiques, par définition non accessibles aux observations, via la modélisation numérique. Pour une croissance plus bleue et l’établissement de relations homme-environnement plus durables indispensable à la préservation de l’espace maritime méditerranéen, il est également primordial de coupler ces modèles climatiques et océanographiques aux sciences sociales, dans un effort concerté des 18 pays riverains afin de garantir la définition et la mise en place de mesures appropriées à la réduction des pressions anthropiques.