Thème général: L exploration des océans un défi pour les scientifiques?

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1 Thème général: L exploration des océans un défi pour les scientifiques? Problématique: Dans quelle mesure les scientifiques du XXI e siècle réussissent-ils à perfectionner les techniques de recherche du monde sous-marin?

2 Thème de l équipe: Les humeurs de l océan l influence des courants océaniques sur le climat Problématique: Comment mieux étudier les comportements des océans afin de découvrir à temps les menaces et les prévenir avant que l avenir ne s écoule devant nos yeux?

3 Plan du projet I. Les moteurs des courants océaniques La rotation de la Terre et la force de Coriolis Les interactions entre l océan et l atmosphère Les ondulations de la thermocline. Convergences, divergences II. Variations océaniques, variations climatiques Les variations du système climatique La variabilité interannuelle. Le phénomène El Niño

4 Les fluctuations décennales. Le NAO Les évolutions à long terme du climat. La circulation thermohaline L homme. L océan et le gaz carbonique III. Voir, observer, mesurer, modéliser pour comprendre et prévoir La modélisation expérimentation et prévision La modélisation de la dynamique océanique L observation «in situ» des océans IV. Produit final revue et interview avec M. Nicolae Panin (géophysicien à l Institut GeoEcoMar)

5 La rotation de la Terre joue une rôle très important,elle détermine le sens des courants au sens du ou oppose au sens du vents (dans les régions subpolaires ou équatoriales). L océan bouge à cause de: rayonnement solaire (effet de serre naturel); attraction gravitationnelle entre Terre, Soleil et Lune.

6 Les forces océanographiques les forces primaires qui initient le mouvement (la gravité terrestre, le champ de pression interne et/ou externe, L action du vent, la marée), les forces secondaires qui modifient le mouvement (la force de Coriolis, les forces de frottement internes, les forces de frottement externes).

7 Les courants La circulation thermohaline On distingue deux types de courants. : Les courants de surface. Les courants profonds. Courants chauds en surface en rouge. Courants froids en profondeur - en bleu.

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9 La spirale d Ekman Le courant de surface fait un ongle de 45⁰ avec la direction du vent Le déplacement moyen de l'eau est à 90 à droite du vent. Plus la profondeur est grade d autant plus diminue la vitesse du courent A 100 m de profondeur l eau se déplacera dans une direction oppose par rapport à celle de la surface

10 Sous l'effet du vent et de la déviation de Coriolis, le transport des eaux de surface provoque des phénomènes de divergences et de convergences Convergences L anticyclone (dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord) Les vents anticycloniques provoquent un mouvement descendent d eau de mer:<<ventilation>> Cyclones Divergences Les vents cycloniques provoquent un mouvement ascendant d eau:<<le pompage d Ekman>>

11 La formation des gyres La circulation générale se produit dans des grandes cellules Les gyres sont des grandes boucles d eau en mouvement Il y a 5 gyres principaux(un dans chaque bassin océanique) En général il y a 4 courants en chaque gyre(à l exception des gyres subpolaires) Photo:

12 Le vent est le principal moteur des courants de surfaces. Dans la circulation atmosphérique générale on distingue trois cellules: La cellule de Hadley(anticyclones) La cellule de Hadley génère deux cellules autour de l équateur. La zone convective,appelée la Zone de Convergence Intertropicale (ITCZ) ou «Pot au noir» par les marins., où de l air montant rapidement se refroidit, provoquant des orages tropicaux et de fortes pluies. Les nuages de type cumulonimbus sont génères par les masses d'air humide soulevées par la convergence. : La cellule de Ferrel (dépressions) La cellule Polaire(dépressions)

13 Variations océaniques, variations climatiques Le système climatique court sans cesse après un équilibre qu il ne peut jamais atteindre, une poursuite rendue même plus difficile par les gaz à effet de serre.

14 Les agents dynamiques: l atmosphère et l océan L atmosphère L océan Temps très court de réponse aux perturbations Reçoit une partie de son énergie de l'océan Evolution très rapide Impossible de faire une prévision météorologique audéla de 15 jours à 3 semaines Temps d evolution plus long Amortit les variations climatiques Fournit une partie de son énergie à l'atmosphère Les courants distribuent l'autre partie au reste de la planète Effets des perturbations ressentis des siècles plus tard La portion d océan à considérer dans une prévision climatique dépend de l echelle de temps choisie

15 Le couplage océan-atmosphère dans le Pacifique Equatorial La cellule de Walker Branche ascendante (Indonesie) Courant Equatorial Sud: les alizés entraînent des eaux chaudes contraste avec les remontées froides Différences de température entre les deux rives Surélévation du niveau de la mer de 50 cm 1 m Ouest: grande réserve d eaux chaudes évaporation et condensation cumulonimbus porteurs de précipitations. Branche descendante (Perou, Chili) Liée de la branche ascendante par un courant d altitude de ouest en est Eaux océaniques froides Pressions atmosphériques élevées, air sec, précipitations très rares Cycle terminé par les alizés qui soufflent d est en ouest *l intensité de la cellule est proportionnelle avec le SOI (indice d oscillation australe), donné par la différence de pression entre Tahiti et Darwin, Australie

16 Les variations interannuelles: l ENSO (El Nino Southern Oscillaton) El Nino (phase chaude) Intensités faibles des alizés et du courant équatorial Sud Les eaux chaudes de l Indonesie s écoulent vers l est pluies A l est les températures s élèvent de 4 5 C La pente de l océan se diminue Sécheresse (Indonesie et Australie), pluies abondantes (Perou), affaiblissement de la mousson indienne Hivers doux et humides sur le nord-ouest de l Amerique La Nina (phase froide) Valeurs maximales de SOI (opposé d El Nino) Cellule de Walker et circulation océanique aux intensités maximales Alizés vigoureuses Convection maximale Pente de l océan maximale La Nina pousse le système à ses extrémités. El Nino le détruit...

17 Un nouvel acteur du climat: l homme L océan et le gaz carbonique Réjection anthropique de carbone: 7 GT/an L'océan est le plus grand réservoir naturel de carbone GT L équilibre du système chimique océanique dépend des échanges de CO 2 avec l atmosphère Ces échanges dépendent des concentrations relatives de l atmosphère et de l océan en gaz carbonique (pression partielle du gaz) La solubilité du CO 2 est inversement proportionnelle avec la température de l océan

18 Scénarios et modèles scientifiques de l évolution climatique pour le prochain siècle Augmentation de la température moyenne 1,4 5,8 C Elévation du niveau de la mer: 11 77cm Perturbations accentuées El Nino précipitations voire plus abondantes à Perou, sécheresse excessive en Indonésie Augmentation de la NAO hivers doux, humides et agités (Europe de l Ouest) Ralentissement de la circulation termohaline paradoxe: augmentation globale de 3,8 7,4 C blocage qui refrigèrerait l Europe. Ayant donnée l augmentation de la température qu on envisage à présent, le monde a de quoi s inquiéter!

19 Voir, observer, mesurer, modéliser pour comprendre et prévoir

20 la modélisation: expérimentation et prévision La méthode classique: l isolation du milieu originel (ou seulement un morceau) = le mésocosme Pourquoi ne pas l utiliser? Le danger pour les milieux naturels L impossibilité d isoler la nature dans un laboratoire

21 Alors, quoi faire? On peut créer un modèle = une représentation du système dont on peut modifier les paramètres pour étudier leur impact Comment fonctionnent-ils? Les projections sont conçues après des expériences réalisées en imitant le milieu originel. Le rapport prévision-réalité donne la validité du modèle.

22 Avantages La validité du modèle peut être vérifiée très vite (comme dans la météorologie) La vitesse de correction des erreurs de projection Inconvénients La limitation du pouvoir des ordinateurs Dans le cas de El Niño, les prévisions peuvent se tromper toujours à cause de son irrégularité

23 La modélisation de la dynamique océanique L équation Navier-Stokes est à la base de la modélisation; elle nécessite des calculs répétés. l équation Navier-Stokes On doit: savoir définir les forces et les interactions rattacher à l équation les spécificités du milieu pour régler le modèle.

24 L observation «in situ» des océans : L Allemagne entreprit une série de voyages dans le sud de l Atlantique, où elle a installé quelques stations de mesure. les outils d hier des bouteilles pour prélever d eau des thermomètres et ceux d aujourd hui des sondes mesurant la température, la salinité, les sels nutritifs Maintenant, des observations de température des premiers 500 mètres de l océan sont réalisées régulièrement.

25 En raison de El Niño, le programme TOGA («Tropical Ocean and Global Atmosphere») a été créé. Ainsi, on a construit un réseau d observation du Pacifique: Des chaînes de mesure de la température Des stations météorologiques Des courantomètres et salinomètres Il y a encore du progrès à faire! Le coût nécessaire pour un système complet d observation est trop grand les résultats ne sont pas encore précis

26 Groupe de travail: David Andrei Mircea Panaitescu Otilia Violeta Smeu Andreea Cristina Professeurs coordonateurs: Ileana Patrichi Professeur de Physique Florentina Manolache Professeur de Biologie Mariana Vișan Professeur de Français Cecilia Popescu Professeur de Français

27 Bibliographie Voituriez, Bruno, «Les humeurs de l océan effets sur le climat et les ressources vivantes» ctul_de_sera_in_atmosfera_terestra.pdf ent&tid=