Cours Hydrologie Marine P.Durand , chap.3 L EAU DE MER ET LES COURANTS MARINS

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1 L EAU DE MER ET LES COURANTS MARINS

2 1. Les caractéristiques de l eau de mer Cours Hydrologie Marine P.Durand , chap la composition chimique de l eau de mer 1.2. Les variations de salinité et de température 1.3. Les influences de la salinité sur les propriétés de l eau de mer 1.4. les contrastes de densité 1.5. conclusion : la notion de front hydrologique 2. Les grands courants marins 2.1. les courants de fond ou courants thermohalins 2.2. les courants de surface ou courants de vent 2.3. les courants de compensation ou décharge 2.4. Récapitulatif : la circulation océanique générale 3. Le couplage océan atmosphère 3.1. cycle du carbone 3.2. le couplage thermodynamique : interactions océansclimat 3.3. conclusion : l impact du réchauffement climatique sur la circulation océanique

3 Les caractéristiques de l eau de mer La composition chimique de l eau de mer Caractéristique principale de l eau de mer : sa salinité, moyenne de 35 /, soit 35 g/ kg d eau de mer chiffre rapporté au volume total des océans (1370 millions de km3) = 48 millions de milliard de tonnes de sel soit 320 t/ m² d océan dans un litre d eau de mer : 96,2 % d eau pure + 3,8 % d autres substances, essentiellement des sels principaux composants de l eau de mer? - Chlorures (de sodium, magnésium, calcium) - sulfates et carbonates - autres éléments divers : iode, fluor, bore, manganèse - gaz dissous : 64% azote, 34% oxygène, 1,8% Co² (soit 60 fois plus que dans l air) origine des sels? Altération des roches des continents (sédiments apportés par les fleuves) + émissions en provenance des dorsales (interactions entre eau et laves production de sels) conséquences de la salinité de l eau de mer? Modifie certaines propriété de l eau (densité, point de congélation essentiellement)

4 Les caractéristiques de l eau de mer Les variations de salinité et de température Cours Hydrologie Marine P.Durand , chap.3 Variations en surface eaux chaudes les plus salées (évaporation) mais pas superposition parfaite (rôle des apports d eau douce et des courants marins) NOM SALINITE G/L salinité Mer Baltique 07,00 Océan Antarctique 34,70 Océan Pacifique 35,00 Océan Indien 36,50 Océan Atlantique 36,50 Mer Méditerranée 38,50 Mer Rouge 39,70 températures Source :

5 Les caractéristiques de l eau de mer Les variations de salinité et de température Variations en profondeur thermocline : couche superficielle de l eau où la T décroît rapidement Limite de la thermocline halocline : couche superficielle de l eau où la salinité décroît rapidement

6 Les caractéristiques de l eau de mer Les influences de la salinité sur les propriétés de l eau de mer Trois influences essentielles la salinité augmente la densité de l eau de mer Pancake ice résultat = elle abaisse le point de congélation de l eau de mer = - 1,9 pour salinité de 35/ elle influence le mécanisme de transformation de l eau en glace : 3 étapes 1 ) formation de cristaux de glace pure (expulsion du sel) : leur nombre augmente jusqu à ce que la mer soit recouverte d une sorte de gadoue épaisse = le frasil 2) formation de crêpes de glace (pancake ice) 3) cimentation des crêpes en une banquise flottante continue : le pack

7 Variation saisonnière de l'extension de la banquise en hémisphère Nord et en hémisphère Sud en février et septembre. Les concentrations en glace (échelle de couleur) sont calculées à partir des données de radiomètres microonde SMMR du satellite Nimbus de la NASA (d après P. Gloersen et al., 1992).

8 Les caractéristiques de l eau de mer Les contrastes de densité Cours Hydrologie Marine P.Durand , chap.3 la densité de l eau de mer dépend à la fois de sa température et de sa salinité : densité d autant + forte que T basse et S élevée c est le paramètre salinité qui influence le plus la densité Densité de l eau de mer en fonction de sa température et de sa salinité D après Le Calvé, 2003

9 Les caractéristiques de l eau de mer Les contrastes de densité Source : eaux les moins denses : eaux équatoriales eaux les plus denses : eaux des hautes latitudes (Antarctique et Atlantique Nord, mais beaucoup moins Pacifique nord)

10 Les caractéristiques de l eau de mer Conclusion : la notion de front hydrologique front hydrologique? Affrontement de 2 masses d eau de densité différente : l eau + dense plonge vers le fond les différences de densité des masses d eau jouent donc un rôle fondamental dans le brassage des eaux océaniques

11 1.5. Conclusion : la notion de front hydrologique 2. Les grands courants marins 2.1. les courants de fond ou courants thermohalins Les mécanismes des forces thermohalines les zones polaires, laboratoires d eaux océaniques de profondeur Schéma général de la circulation profonde 2.2. les courants de surface ou courants de vent les moteurs : circulation atmosphérique générale et rotation de la terre le rôle des vents l influence de la rotation de la Terre les principaux courants de surface un courant majeur : le Gulf Stream 2.3. les courants de compensation ou décharge le moteur : différence de bilan hydrologique de part et d autre d un détroit exemple du courant du détroit de Gibraltar 2.4. Récapitulatif : le principe de la circulation océanique générale les interactions entre circulation thermohaline et circulation de surface : «le tapis roulant océanique mondial» les phénomènes d upwelling

12 Les grands courants marins Les courants de fond ou courants thermohalins Les mécanismes des forces thermohalines forces thermohalines? forces liées aux différences de température et de salinité des masses d eau océaniques courants de densité Comment se manifestent les courants de densité? Par des phénomènes de plongée de masses d eau denses vers les profondeurs = eau dense plonge sous eau moins dense 2 mécanismes de plongée : downwelling et cascading Cascading? plongée très rapide qui se produit dans les zones polaire lors de la formation des banquises expulsion du sel lors de la formation de la glace (sursalinisation) formation d eaux très salées et très froides plongée très rapide vers le fond

13 Plongée au niveau d un seuil topographique (mers de Norvège et du Labrador) Cours Hydrologie Marine P.Durand , chap.3 mers de Weddel Les courants de fond ou courants thermohalins et de Ross Les zones polaires, eaux laboratoires de surface refroidies d eaux océaniques de profondeur et très salées D après Géographie de l océan global, J.R. Vanney, 2002 eaux de très grande profondeur : vitesses très lentes (20 km/an) eaux profondes «intermédiaires» : alimentent les grands courants de fond, vitesses bcp + rapides Front arctique Front antarctique seuil topographique Groënland Islande Féroé -Ecosse

14 Les courants de fond ou courants thermohalins 1 sverdrup = 10 6 m 3 /s soit 10M m 3 /s Vitesses moyennes atlantique : < 0,1km/h (800 km/an) Vitesses pacifique : 0,06 km/h (500 km/an) Schéma général de la circulation profonde (eaux profondes intermédiaires) Front polaire atlantique nord D après J.R. Vanney, 2002

15 Les courants de surface ou courants de vent Cours Hydrologie Marine P.Durand , chap.3 Les moteurs : circulation atmosphérique et rotation de la terre Le rôle des vents Source : Répartition grandes zones de pression à la surface de la terre Anticyclones (HP) et dépressions (BP) Vents Courants marins de surface

16 Courants crées par westerlies Source : Courants crées par alizés Contre-courants équatoriaux

17 Les moteurs : circulation atmosphérique et rotation de la terre L influence de la rotation de la terre sur l action des vents : la force de Coriolis La spirale d Ekman : déviation des courants crées par les vents en fonction de la force de Coriolis Force de Coriolis : force liée à la rotation de la terre, qui dévie tout les fluides vers la droite dans hémisphère nord et vers la gauche dans hémisphère sud 400 m profondeur maxi Source : Exemple : alizés obliques de 30 à 45 par rapport à l équateur engendrent des courants parallèles à l équateur

18 Les courants de surface ou courants de vent Les principaux courants de surface Source :

19 Les courants de surface ou courants de vent Un courant majeur le Gulf stream

20 Les courants de compensation ou de décharge Le moteur : différence de bilan hydrologique de part et d autre d un détroit Le moteur : différence de bilan hydrologique de part et d autre d un détroit Bilan hydrologique? Différence entre les apports et les pertes en eau Océan Précipitations (cm/an) Fleuves (cm/an) Evaporation (cm/an) Bilan (cm/an) Pacifique Atlantique Indien Global Bilan hydrologique des trois grands océans d après Le Calvé, 2002

21 Les courants de compensation ou de décharge Exemple du courant de compensation du détroit de Gibraltar Eaux méditerranéennes Distribution des masses d eau dans le détroit de Gibraltar D après Le Calvé, 2002 Eaux atlantiques

22 Récapitulatif : le principe de la circulation océanique générale Les interactions entre circulation thermohaline et circulation de surface : le «tapis roulant océanique mondial» Durée du cycle : 500 à 1000 ans Zones de plongée des eaux du GS refroidies et très salées Grand convoyeur I.P.C.C., 2003 GIEC, 2003 Zones de plongée eaux tempérées refroidies de l hémisphère sud

23 Récapitulatif : le principe de la circulation océanique générale Les phénomènes d upwelling Cours Hydrologie Marine P.Durand , chap.3 Upwelling? Zone localisée de remontée d eau froide depuis les profondeurs Principe de l upwelling D après Le Calvé, 2002 Exemple de l upwelling Californien D après Le Calvé, 2002

24 1.5. Conclusion : la notion de front hydrologique Cours Hydrologie Marine P.Durand , chap.3 2. Les grands courants marins 2.1. les courants de fond ou courants thermohalins 2.2. les courants de surface ou courants de vent 2.3. les courants de compensation ou décharge 2.4. Récapitulatif : le principe de la circulation océanique générale 3. Le couplage océan atmosphère 3.1. le cycle du carbone 3.2. le couplage thermodynamique : les interactions océansclimat Exemples aux basses latitudes : les moussons et le phénomène El Nino aux latitudes moyennes : les oppositions de façade océanique aux hautes latitudes, fluctuations de la circulation thermohaline 3.3. conclusion : l impact du réchauffement climatique sur la circulation océanique

25 Le couplage océan - atmosphère Le cycle du carbone 2 points essentiels Océans = puits à CO² : absorbent 92 Mt / an alors et n en rejettent que 90Mt en cas de réchauffement climatique : Absorption de CO² diminuerait car eaux chaudes absorbent moins que eaux froides J.R. Vanney, 2002

26 Le couplage thermodynamique : les interactions océans-climat Exemple aux basses latitudes : le phénomène de mousson Mousson? circulation de vents qui apporte des pluies massives toute une saison mécanisme? Phénomène de convexion à grande échelle - en été, continents surchauffés ascendance de l air dépression - océans moins chauds air + lourd pression + forte vents Trois régions concernées - Afrique occidentale (Golfe Guinée) - Asie du SE - Sous-continent indien Cas particulier de la mousson indienne - alizés hémisphère sud s inversent en franchissant l équateur - très forte car effet orographique (Himalaya)

27 Le couplage océan - atmosphère Le couplage thermodynamique : les interactions océans-climat Exemple aux basses latitudes : le phénomène El Nino El Nino? Oscillation du système air-océan dans le pacifique austral (entre équateur et tropique sud) sur une période de 2 à 10 ans environ Situation normale : La Niña Alizés eaux chaudes vers Ouest d où BP upwelling eaux froides à l Est d où HP auto- entretien du système D après le Calvé, 2002

28 Le couplage océan - atmosphère Le couplage thermodynamique : les interactions océans-climat Exemple aux basses latitudes : le phénomène El Nino Situation El Nino Alizés faiblissent eaux chaudes refluent vers Est arrêt upwelling eaux froides déplacement des pluies vers Est diminution contraste Est-Ouest de T et de P le système se renforce de lui-même D après le Calvé, 2002

29 Le couplage thermodynamique : les interactions océans-climat Aux latitudes moyennes, les oppositions de façade océanique Façades occidentales des continents aux latitudes tempérées courants chauds climats adoucis (inverse façades orientales) Façades occidentales des continents aux latitudes sub-tropicales upwellings climats rafraîchis et asséchés (inverse façades orientales) Comprendre la Terre, Magnard, 1988

30 3éme rapport de l I.P.C.C., 2003 Cours Hydrologie Marine P.Durand , chap.3 Le couplage thermodynamique : les interactions océans-climat Aux hautes latitudes, fluctuations de la circulation thermohaline cycle thermohalin dure entre 500 et 1000 ans : eaux de fond = mémoire des océans mais système très instable car dépend de la densitégiec, et donc 2003 de la salinité et température des eaux polaires : faible baisse de la densité peut engendrer arrêt de la circulation thermohaline et donc une perturbation générale de tout le «tapis roulant océanique»

31 Conclusion Cours Hydrologie Marine P.Durand , chap.3 L impact du réchauffement climatique sur la circulation océanique générale Plusieurs impacts majeurs possibles risque d arrêt de la circulation thermohaline dans l hémisphère nord par arrêt de la plongée des eaux du Gulf Stream au niveau des mers de Norvège et du Labrador car eaux denses car + chaudes et moins salées = risque de rétractation du GS et donc de refroidissement en Europe occidentale risque d augmentation de la fréquence et intensité des épisodes El Ninõ d une manière plus générale, réchauffement des masses d eaux océaniques, variable selon les différents endroits = impact inévitable sur la circulation atmosphérique générale