Comment se produit le phénomène El Niño ? Un météorologue italien analyse le rôle clé des ondes équatoriales
Les ondes équatoriales constituent l’un des mécanismes les plus fascinants et déterminants de la dynamique du climat tropical. Elles jouent un rôle fondamental dans la phase de développement du phénomène de El Niño.
El Niño est un phénomène climatique périodique (tous les 3 à 7 ans) caractérisé par un fort réchauffement des eaux de surface du Pacifique centre-oriental, en raison de l’affaiblissement des alizés.
Le terme espagnol fait référence à l’Enfant Jésus, car ce phénomène commence généralement à se manifester au large des côtes du Pérou durant la période de Noël.
Tout commence avec les ondes équatoriales
Les ondes équatoriales constituent l’un des mécanismes les plus fascinants et essentiels de la dynamique du climat tropical. Elles se forment près de l’équateur et, à mesure qu’elles se déplacent vers le nord ou le sud, elles perdent en intensité et leur propagation ralentit, restant plus persistantes dans les zones tropicales.
Ces ondes ne sont pas seulement un phénomène atmosphérique. En effet, il existe à la fois des ondes atmosphériques et océaniques, et elles jouent un rôle déterminant dans l’évolution d’El Niño et de La Niña, les deux phases opposées du phénomène ENOS (El Niño–Oscillation australe).
Des études récentes ont montré que, même le long de la bande équatoriale entre la haute troposphère et la basse stratosphère, se génèrent des ondes planétaires similaires aux ondes de Rossby classiques des moyennes latitudes. Ces ondes équatoriales se propagent principalement d’est en ouest, créant des zones de perturbation qui influencent la circulation atmosphérique et le temps à l’échelle régionale et globale.
Les principales ondes équatoriales : Kelvin, Rossby et Yanai
Les ondes équatoriales se divisent en plusieurs types. Parmi les plus importantes figurent les ondes de Kelvin, les ondes de Yanai et les plus connues, les ondes de Rossby. Les ondes de Kelvin équatoriales (océaniques et atmosphériques) se propagent rapidement vers l’est le long de l’équateur.
Ces ondes s’atténuent rapidement à mesure qu’elles s’éloignent de l’équateur, mais c’est précisément cette propriété qui les rend essentielles pour confiner les effets du phénomène ENOS aux régions tropicales.
Le rôle des ondes de Kelvin dans le déclenchement d’El Niño
Les ondes océaniques de Kelvin constituent généralement un signal précurseur du début d’un épisode d’El Niño. Une étude classique de Michael McPhaden (1999) sur le puissant épisode de 1997-1998 a montré que l’activation de vents d’ouest intenses (westerly wind bursts), souvent liés au passage de l’Oscillation de Madden-Julian, génère des ondes de Kelvin descendantes (qui abaissent la thermocline) se propageant vers l’est à travers le Pacifique à environ 2,5 m/s.
La MJO, une oscillation intra-saisonnière avec un cycle de 30 à 60 jours, agit comme déclencheur lorsqu’elle est active sur l’océan Indien ou le Pacifique occidental, en produisant une forte activité convective qui libère de la chaleur latente et génère des vents d’ouest anormaux. Ces vents affaiblissent les alizés (vents d’est réguliers) et poussent une vaste masse d’eau chaude vers l’est, jusqu’à des profondeurs d’environ 150 mètres.
Lorsque cette onde de Kelvin atteint les côtes de l’Amérique du Sud (Équateur et Pérou), l’eau chaude se superpose au courant froid de Humboldt, ce qui réduit la remontée d’eaux profondes et froides.
Le résultat est une augmentation rapide de la température de surface de la mer dans le Pacifique oriental. Une hausse supérieure à +1,5 °C par rapport à la moyenne pendant trois mois consécutifs marque officiellement le début d’un phénomène d’El Niño, selon les données recueillies par les bouées du système TAO/TRITON, géré par la NOAA.
À première vue, l’onde se manifeste par une légère élévation du niveau de la mer (de l’ordre de 8 à 10 cm) et par une extension des eaux chaudes vers le nord, jusqu’au golfe de Panama et aux côtes de la Californie et du Mexique, ce qui favorise une augmentation de l’activité convective et des précipitations.
La contrepartie : les ondes de Rossby et la transition vers La Niña
Alors que les ondes de Kelvin déclenchent El Niño, les ondes de Rossby équatoriales jouent un rôle clé dans sa dissipation et dans la transition vers La Niña.
Ces ondes atteignent la limite occidentale du Pacifique (près de l’Indonésie et de la Nouvelle-Guinée), se réfléchissent et génèrent des ondes de Kelvin qui repartent vers l’est après quelques mois. Ce « retard » (généralement de 6 à 9 mois pour compléter le cycle) entraîne une remontée de la thermocline dans le Pacifique oriental, favorisant le retour des eaux froides et la mise en place de La Niña.
De son côté, un modèle complémentaire, l’oscillateur recharge-décharge de Fei-Fei Jin (1997), met en évidence le rôle de la « recharge » de chaleur dans le Pacifique occidental durant La Niña (via des ondes de Rossby descendantes) et la « décharge » équatoriale qui s’ensuit lors d’El Niño. Ces deux théories montrent que les ondes équatoriales constituent le mécanisme reliant les anomalies de vent à la réponse de l’océan à l’échelle interannuelle.
Pourquoi ces ondes sont-elles si importantes pour les prévisions ?
Les ondes équatoriales permettent aux modèles de prévision d’anticiper l’évolution de l’ENOS avec plusieurs mois d’avance. Leur suivi, grâce aux bouées océaniques, aux satellites altimétriques et aux réanalyses (comme celles du Bureau australien de météorologie ou de la NOAA), permet de détecter en temps réel la propagation de ces ondes.
De plus, les interactions avec d’autres phénomènes, comme le mode méridional du Pacifique ou les vents intra-saisonniers modulés par l’oscillation de Madden-Julian, peuvent amplifier ou moduler ces processus, ce qui rend certains épisodes d’El Niño côtier particulièrement intenses.