Le cycle de l eau. Carte d identité des océans

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1 Les océans gonflent La présence d'eau, élément fondamental pour la vie, fait de la Terre une "planète vivante". La distance qui la sépare du Soleil confère à cet élément l'extraordinaire possibilité d'exister sous trois formes : liquide (l'eau), solide (la glace) et gazeuse (la vapeur d'eau). Le cycle de l eau L'eau circule selon un cycle perpétuel qui comprend l évaporation, les précipitations et le ruissellement. C'est en fait la même eau qui depuis la nuit des temps provient de ce réservoir gigantesque qu'est l océan et finit par y retourner. En effet, la chaleur du Soleil engendre une évaporation vers l atmosphère, puis l eau se refroidit en s élevant dans l air et forme les nuages par le processus de condensation. Sous l effet de la pesanteur, l eau retombe sur la Terre sous forme de pluie, de neige ou de cristaux de glace. La gravité entraîne le ruissellement, qui crée les rivières et les fleuves, et qui ramène l eau vers les mers et les océans. Cette eau peut aussi s infiltrer dans les sous-sols et alimenter notamment les nappes phréatiques et les rivières souterraines. Carte d identité des océans Les océans constituent la plus impressionnante réserve d eau liquide de la planète, et les chiffres qui les caractérisent donnent le vertige. L eau recouvre 71 % de la surface de la Terre : 360 millions de kilomètres carrés (700 fois la surface de la France), son volume global est d environ 1350 millions de kilomètres cubes (1 kilomètre cube d eau remplirait 300 stades olympiques). Sa profondeur est en moyenne de 3800 mètres, et la faille la plus profonde est de mètres. C est aussi environ 97 % de la répartition de l eau sur Terre (les 3 % restants sont les lacs, les glaciers, les calottes polaires et les cours d eau, soit l eau douce). Une hauteur de 1 centimètre d eau de l océan mondial est équivalente à toutes les rivières du monde. De nos jours, l océan mondial est composé d océans et de mers. On distingue cinq océans, le Pacifique, l Atlantique, l Antarctique, et l océan glacial Arctique. Ce sont de vastes étendues d eau dont les rivages sont liés à des continents différents, caractérisées par de très grandes superficies, des 1

2 profondeurs moyennes importantes, et des échanges en surface et en profondeur très larges. Les parties de l océan mondial qui ne répondent pas aux caractéristiques des océans sont regroupées sous le nom de mers. Elles sont plus ou moins fermées, et de types divers. Elles peuvent être épicontinentales et correspondre à une délimitation artificielle d une portion de l océan, dont les rivages débouchent sur un continent (comme la Manche pour ce qui concerne l océan Atlantique). D autres pénètrent plus avant dans les continents et communiquent avec l océan par des détroits plus ou moins étroits (comme la mer Méditerranée). Elles peuvent être aussi intérieures et déboucher sur d autres mers (comme la mer Noire avec la Méditerranée), où être complètement fermées et ne communiquer avec aucun océan (mer Caspienne). Effet stérique Sous l effet de la chaleur du rayonnement solaire, la température de l eau de surface augmente. Puis la chaleur se propage progressivement dans les couches plus profondes. En se réchauffant, l eau se dilate (son volume augmente) et inversement, si la température diminue, l eau se contracte : ce phénomène est appelé effet stérique. Cette expansion ou dilatation se fait dans toutes les directions. Lorsque l eau est contenue dans un récipient (cuvette, bouteille, etc), les parois de celui-ci peuvent résister et contraindre le niveau de l eau à monter ou descendre. Les grands bassins océaniques jouent le rôle de récipients, les variations de température provoquent alors une élévation ou un abaissement du niveau de la mer. Les saisons océaniques Le vent et la pluie peuvent provoquer à court terme des changements de température et donc de niveau de la mer, mais l alternance des saisons est la principale cause des variations du niveau de la mer au cours d une année. Ces variations sont appelées saisons océaniques. La durée et la période de ce phénomène sont proches de celles des saisons, avec un décalage de 2 mois environ. Dans l hémisphère nord, c'est à la fin de l'été que la température de l'eau en surface (entre 0 et 5 mètres de profondeur) est à son maximum, mais c'est seulement en novembre que le niveau de l'eau sera au plus haut. Cet "effet-retard" est dû au temps que met l'eau à propager les variations de température en profondeur. En effet, l'augmentation (ou la diminution) du niveau de l'eau est proportionnelle à l épaisseur de la couche d'eau chauffée (ou refroidie). Les différences de hauteur de mer (par rapport à une moyenne annuelle) en fonction des saisons sont de l'ordre 2

3 de 10 à 15 centimètres sur l'ensemble des océans (entre l'automne et le printemps), mais peuvent atteindre jusqu à 30 centimètres pour la Méditerranée. Les saisons océaniques mesurées par TOPEX/Poseidon. Les hauteurs correspondent à des différences par rapport à la moyenne annuelle (crédits JPL/NASA). Variations du niveau moyen En parallèle à ces variations saisonnières, le niveau des océans peut varier de façon continue sur de grandes périodes de temps (dizaines d années, siècles, millénaires) en relation avec des changements de température. Par exemple, il y a ans (date de la dernière glaciation), le niveau de la Méditerranée se trouvait plus bas de près de 120 mètres. La grotte préhistorique trouvée dans les calanques de Cassis en témoigne : elle se situe actuellement à 36 mètres de profondeur alors qu'à l époque son accès se faisait à flanc de falaise. Ces variations du niveau de la mer sont le résultat de deux phénomènes conjugués liés à l augmentation de la température. C est d une part l apport d eau dû à la fonte des glaces et d autre part l augmentation du niveau de la mer provoqué par l effet stérique. Depuis le début du XX e siècle, les marégraphes ont pu mesurer cette augmentation, qui est de l ordre de 1 millimètre par an, les deux effets décrits précédemment y participant par moitié. L effet de serre et notamment son accroissement lié à l activité humaine semble largement contribuer à ce processus. La surveillance de cette augmentation du niveau des mers dépasse l intérêt purement scientifique. En effet, plus de la moitié de la population mondiale vit près des côtes et une modification du littoral pourrait engendrer des problèmes humains et économiques très graves. 3

4 Les satellites altimétriques tels que TOPEX/Poséidon et Jason-1 (son successeur) ont notamment pour objectif de mesurer cet effet. Depuis 1992, les mesures de TOPEX/Poséidon ont permis d estimer l augmentation du niveau global des océans à 0.5 millimètre par an. Cette variation n est pourtant pas uniforme sur toute la planète : en Méditerranée par exemple, l augmentation mesurée est de 8 millimètres par an soit 8 centimètres depuis 1992, date de mise en orbite de TOPEX/Poséidon. Le rôle de l océan dans sa capacité d absorption du gaz carbonique (donc de régulateur de l effet de serre) n est, par exemple, pas encore bien connu. L ensemble des satellites d observation de la Terre et notamment les missions d altimétrie spatiale programmées sur plusieurs décennies devraient permettre de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu, d'entrevoir le phénomène dans son ensemble et ainsi, affiner les estimations de l augmentation du niveau de la mer. La Lune : garant de nos saisons L axe de rotation de la Terre est incliné par rapport au plan sur lequel la Terre orbite autour du Soleil. C est cette inclinaison qui provoque l alternance des saisons : en effet, les rayons du Soleil n atteignent pas le sol sous le même angle provoquant une différence d éclairement et donc de chaleur. Lorsque le pôle Nord est dirigé vers le Soleil c est l été dans l hémisphère nord, la durée du jour est la plus longue laissant plus de temps au Soleil pour communiquer sa chaleur. C est alors l hiver dans l hémisphère sud. Au printemps et en automne la durée du jour est alors égale à celle de la nuit et les rayons du Soleil frappent le sol terrestre sous le même angle qu on soit dans l hémisphère nord ou l hémisphère sud. Cette situation semble stable et pourtant l inclinaison et la direction de l axe de rotation varient au cours du temps provoquant des variations climatiques : par exemple, la direction de l axe de rotation a fait un tour en ans (phénomène de précession), donc il y a ans, les dates des saisons pour l hémisphère nord et l hémisphère sud étaient inversées. Superposée à ce phénomène, l inclinaison de l axe de rotation subit de petites variations qui sont notamment à l origine des changements climatiques (l alternance des phases de glaciation par exemple). Ces petites variations appelées nutations ont principalement pour origine l attraction gravitationnelle de la Lune. Loin de perturber le climat, la Lune semble jouer le rôle de régulateur et certaines études ont montré que sans la présence de la Lune, l axe de rotation de la Terre pourrait avoir des variations bien plus importantes ce qui provoquerait alors des alternances climatiques bien plus marquées. 4

5 Bibliographie BT (Bibliothèque de Travail) : L eau, le calcaire, le karst, édition PEMF, n 1105, février La machine océan, Jean-François Minster, Flammarion, Collection Champs n 427. Les eaux du ciel, de Robert Kandel, Editions Hachette. Les océans : un livre et un cédérom faits pour s'entendre, Flammarion. Sur des mers inconnues, E. Taillemite, Collection Gallimard Découvertes, n 21. 5