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Océan et climat

 | 
Jacques Merle

Chapitre 1. De la découverte de l'océan Atlantique à la géophysique des fluides

Perspective historique

Texte intégral

  • 1 De nombreux détails de cette rétrospective historique sont empruntés à Neumann et Pierson (1966), (...)

1Pour bien comprendre et situer le récent bond en avant de l’océanographie physique ainsi que la découverte de la prééminence des océans tropicaux dans la dynamique de l’interaction océan-atmosphère, il est nécessaire de dresser une perspective historique de l’évolution de la connaissance des océans, depuis leur découverte jusqu’à la période actuelle, en passant par les grandes campagnes historiques du passé1. On ne reprendra pas ici toute l’histoire de la découverte des océans et des continents, entamée depuis que l’homme s’interroge sur l’existence de terres au-delà de son horizon. Il faut en effet distinguer les expéditions maritimes qui ne faisaient que traverser les mers pour découvrir d’autres terres de celles qui avaient aussi l’ambition d’observer et de comprendre la mer. Seules les secondes peuvent être légitimement considérées comme des expéditions à caractère océanographique sur lesquelles nous nous attarderons plus particulièrement.

  • 2 Avant Christophe Colomb et Ferdinand Magellan, des peuples du Nord avaient probablement atteint l' (...)

2Les premières explorations transocéaniques, du moins celles dont on possède une relation écrite, de même que les premières campagnes océanographiques à caractère véritablement scientifique se déroulèrent dans l’océan Atlantique, à partir du XVe siècle. C’est seulement au XIXe siècle que de grandes expéditions scientifiques pluridisciplinaires faisant appel à la physique, la biologie et la géologie furent organisées à l’échelle de l’ensemble des océans et des mers du globe. L’océan Atlantique est ainsi l’océan le plus étudié, le mieux observé et depuis le plus longtemps. Rien d’étonnant à cette primauté, si l’on considère que les grandes puissances maritimes sont européennes et américaines. Sans s’attarder sur les exploits des Phéniciens, des Grecs et des Romains, qui sillonnèrent de long en large le bassin Méditerranéen et s’aventurèrent aussi dans l’Atlantique, parmi les explorateurs-découvreurs on peut citer les Vikings, premier peuple européen à découvrir l’Atlantique nord et probablement l’Amérique, à partir du VIIIe siècle2.

3On sait peu de choses sur la Chine dans le domaine de l’histoire de la navigation et de l’océanographie, si ce n’est qu’on attribue aux Chinois l’invention de la boussole, le premier et le plus connu des instruments de navigation. Dans l’océan Indien, les Arabes, s’ils ne découvrirent pas la mousson déjà connue des navigateurs de l’Antiquité, banalisèrent son usage au Moyen Âge, en mettant à profit l’alternance des vents et des courants pour le commerce avec l’Orient des pierres précieuses, des étoffes et des épices. Mais ces expéditions n’avaient pas de vocation océanographique et n’apportèrent rien ou presque à la connaissance de l’océan.

4Il fallut attendre les Portugais, à partir du XVe siècle, pour voir apparaître chez certains des intellectuels et des navigateurs qui entouraient la famille royale portugaise un réel intérêt pour la connaissance de l’océan. Ils furent les premiers à réaliser des mesures de température de la mer et à sonder sa profondeur au-delà des régions côtières. On peut avancer que les Portugais furent les premiers océanographes.

5Ainsi, mis à part les premières explorations maritimes qui, depuis l’Antiquité, relèvent principalement de la géographie, on distinguera trois grandes périodes dans l’histoire de la connaissance des océans :

  • la période de la découverte, qui s’étend du XVe siècle jusqu’à l’orée du XIXe siècle et concerne principalement l’océan Atlantique, avec les Portugais et les Espagnols ;
  • la période des grandes campagnes océanographiques mondiales, qui s’étend du XIXe siècle à 1950 environ ;
  • la période géophysique moderne, à partir de 1950, qui fait l’objet de cet ouvrage mais dont on dressera un bref panorama synthétique dans ce chapitre.

6Chacune de ces périodes est caractérisée par des motivations particulières, répondant à des préoccupations militaires, géostratégiques ou économiques spécifiques. La nature des connaissances et des résultats obtenus est également caractéristique de chaque époque.

1400-1800 : la découverte

7La découverte de l’Atlantique et de ses rivages débute au XVe siècle, sous l’impulsion des grands navigateurs portugais et espagnols qui cherchaient de nouvelles routes vers les Indes et la Chine, pour le commerce des épices principalement. Les routes continentales des Indes par le nord-est au sortir de la Méditerranée étant sous le contrôle des Arabes, les Portugais cherchèrent des routes maritimes plus méridionales en contournant l’Afrique. Rejoints ensuite dans cette entreprise par les Espagnols, et convaincus par leurs savants de la rotondité de la Terre, ils se mirent en quête avec eux de routes vers l’Orient en passant par l’ouest. Ces expéditions relevaient surtout de l’exploration géographique et se traduisirent principalement par des travaux de cartographie côtière : relevés des côtes d’Afrique, des îles Caraïbes et des côtes américaines. Mais déjà les préoccupations scientifiques pointent dans les journaux de bord de ces explorateurs, avec de nombreux détails concernant l’océan. Ces premières explorations marquées d’un intérêt scientifique certain pour l’océan s’étalèrent sur environ deux siècles, du XVe au XVIe siècle. Mais ce n’est que plus tard, à partir de 1600, que les premières cartes représentant les routes maritimes, les principaux courants et les vents dominants seront dressées.

8Pour ne citer que quelques noms, Henri le Navigateur, à partir de 1420, fut l’initiateur des premières expéditions portugaises le long des côtes africaines jusqu’à l’équateur. Ensuite, à partir de 1460, l’exploration du golfe de Guinée fut entreprise sous l’impulsion du roi Alphonse V. Diego Cao découvrit le Congo en 1482, et en 1487 Bartolomé Dias atteignit et contourna la pointe sud de l’Afrique, à laquelle il donna le nom de Cap de Bonne Espérance pour encourager les navires de commerce sur la route des épices à choisir cette voie. Vasco de Gama clôtura le XVe siècle en contournant l’Afrique par le sud, remontant les côtes de l’Afrique de l’Est lors de sa fameuse croisière entre 1497 et 1499. En direction de l’ouest et de l’Amérique, citons bien sûr Christophe Colomb, qui découvrit et cartographia les Caraïbes et la côte nord-est de l’Amérique à partir de 1492, et Ferdinand Magellan, qui le premier fit le tour de l’Amérique par le sud et chargea l’un de ses adjoints, Del Cano, d’effectuer le premier tour du monde entre 1519 et 1522.

Figure 2. La première carte des vents connue, réalisée par l’astronome et océanographe anglais Edmond Halley en 1688. On remarque que le système des vents alizés, de nord-est au nord de l’équateur et de sud-est au sud de l’équateur, est déjà presque correctement schématisé. On relève aussi une zone de « calms and tornados » au large de la Guinée, qui préfigure le « pot au noir » et la renverse des alizés en direction de l’est sous la zone de convergence des alizés. Enfin, les vents de mousson du golfe de Guinée sont également assez bien représentés.

9Parmi les premiers documents datant de cette époque, Philippe HISARD (1993), océanographe français qui s’est penché sur l’histoire de la découverte des océans, attribue le premier ouvrage d’océanographie descriptive à un Anglais, Pierre Martyr d’Anghiera, qui publia en 1515 Decades of the Oceans, qui porte la première mention du courant équatorial atlantique et de son prolongement, le Gulf Stream. Mais il fallut attendre le XVIIe siècle, à la suite des explorations maritimes qui déjà sillonnaient les trois océans du nord au sud, pour voir apparaître les premiers véritables ouvrages de géographie des océans, prémices des traités d’océanographie. Parmi ces premiers océanographes, on peut citer Bernhard Varenius, qui publia en 1650 une Geographica Generalis comportant trois chapitres d’océanographie. On dit que ce travail attira l’attention des fondateurs de la mécanique céleste, les physiciens Kepler et Newton, qui s’intéressaient aussi à la mécanique des flui des et aux océans. Isaac Vosius, en 1663, disserta sur les mouvements de l’air et de l’eau dans un ouvrage en latin, De motu marium et ventorum liber. La première carte représentant des courants océaniques, si l’on excepte celle d’Anghiera, fut publiée en 1678 par Athanasius Kircher. Le physicien et astronome Anglais Edmond Halley, surtout connu pour la découverte de la comète qui porte son nom, proposa, en 1688, la première carte des vents de l’Atlantique, incluant les tropiques et le golfe de Guinée (fig. 2). Plus tard, en 1715, il publiera un traité sur la salinité des océans.

  • 3 On recherche encore actuellement les restes de son expédition après son naufrage sur les côtes de (...)

10Au XVIIIe siècle, à la suite des Colomb, Magellan, Vasco de Gama, une nouvelle génération d’explorateurs, plus scientifiques selon nos critères, se lança sur les océans : Hudson, Baffin, Bering, Cook, Darwin, Bougainville, Lapérouse..., pour ne citer que les principaux. Ils entreprirent des expéditions périlleuses, longues de plusieurs années, dont ils ne revinrent pas toujours, comme Cook et Lapérouse (disparu dans les îles Salomon au sud de la Nouvelle-Guinée3). – Tous n’étaient pas motivés par l’observation de l’océan lui-même, mais ils apportèrent chacun leur contribution à la connaissance des océans. On retrouve leur nom associé à des mers, des îles ou des courants.

Figure 3. Le Gulf Stream, d’après Benjamin Franklin. Carte dressée en 1777. Le Gulf Stream, courant marin chaud, était représenté comme un grand fleuve isolé du reste de l’océan et traversant l’Atlantique nord en portant les navires. C’est une image qui correspondait à la vision des navigateurs de l’époque.

11À côté de ces célébrités, on peut garder en mémoire des explorateurs de second rang comme William Dampier, mi-corsaire, mi-savant, qui vers 1700 analysa les observations météorologiques et maritimes disponibles dans son ouvrage A discourse of the wind, qui inspira un siècle et demi plus tard Matthew Fontaine Maury pour sa monumentale synthèse des observations marines dont on reparlera plus loin. N’oublions pas non plus Benjamin Franklin, qui publia en 1777 sa fameuse carte du Gulf Stream (fig. 3). Cependant, tous ces travaux ne portaient que sur l’océan de surface, et il fallut attendre le siècle suivant pour que les savants s’intéressent à la troisième dimension de l’océan, sa profondeur, et pénètrent les abysses.

1800-1950 : les grandes expéditions océanographiques

12Au cours du XIXe siècle, le « scientisme » euphorique des savants attise la curiosité du public pour les « terra incognito » et les mystères des abysses océaniques, popularisés par Jules Verne. Dans le même temps, les premières technologies de la communication, qui s’appuient sur la mise en place des liaisons téléphoniques avec le déploiement de câbles sous-marins intercontinentaux, stimulent l’observation du fond de l’océan et sa cartographie. Un grand nombre de campagnes océanographiques sont alors mises sur pied, qui sillonnent les trois océans pour dresser des cartes des fonds océaniques, recenser la faune et mesurer les propriétés physiques de l’eau de mer, sa température et sa salinité. Outre la curiosité du public et la soif des savants de connaître ce qui se cachait sous la surface des océans, et au-delà du problème technique de la pose des câbles sous-marins, des intérêts économiques et politiques ont également motivé cette plongée dans la troisième dimension. On peut citer la recherche et la gestion de nouvelles ressources pour la pêche, mais également la sécurité de la navigation et les enjeux commerciaux liés à la rapidité des voyages intercontinentaux en plein essor.

13C’est en effet le temps des clippers et des grands voiliers qui nécessitent des routes sûres et une connaissance de plus en plus précise des vents et des courants pour s’assurer une arrivée à bon port, ou un gain de quelques jours sur le temps du voyage. Les préoccupations stratégiques des marines militaires et des services hydrographiques ont aussi leur importance dans cette conquête de l’océan profond. On peut souligner ici le rôle essentiel joué par les services hydrographiques des grandes puissances maritimes, non seulement pour cartographier avec minutie les fonds, les côtes et les écueils, travaux indispensables à la sécurité de la navigation, mais également pour les observations du milieu océanique auxquelles ils se livrent. Ces services, dont on parle peu et qui parlent peu, secret militaire oblige, contribuèrent beaucoup à la connaissance de la dynamique océanique et à l’essor de l’océanographie en général.

14La découverte des abysses n’est cependant pas la seule conquête de cette période. L’intérêt pour la quatrième dimension, le temps, commence à poindre parmi les scientifiques de l’époque. L’océan n’est peut-être pas figé dans le temps comme on l’imaginait auparavant, bien que l’idée dominante de l’époque reste néanmoins celle d’un océan stable, sinon immuable, que l’on cherche à décrire grâce à des observations qui doivent le couvrir dans sa totalité.

  • 4 Une « station d'observation » ou « station » est un terme consacré de l'océanographie qui désigne (...)

15Cette ère des grandes expéditions océanographiques fit beaucoup progresser les connaissances sur la physique, la chimie, la biologie et la géologie des océans par la mise en place de points d’observation fixes le long de la verticale appelés « stations d’observation »4 réparties le long de grandes « sections » transocéaniques (fig. 4). Cependant, les points d’observation étaient si espacés – quelquefois de plusieurs centaines de miles – qu’il était difficile de relier entre elles ces mesures par continuité. Ces points d’observation représentaient en fait un échantillonnage aléatoire d’une réalité qui restait inconnue, comme si l’on avait voulu représenter la topographie de la France à partir de la mesure de l’altitude de seulement quelques points du territoire ! Quoi qu’il en soit, certaines de ces sections et leurs points de mesure furent répétés à plusieurs années de distance et, à la grande surprise des océanographes, on s’aperçut que les valeurs observées, notamment en température et en salinité, pouvaient varier sensiblement dans le temps, ce qui infirmait le postulat soutenu antérieurement par certains de l’immuabilité des conditions régnant dans les profondeurs océaniques.

16Au-delà de l’intérêt soutenu de cette époque pour les grandes expéditions maritimes à caractère scientifique, on peut cependant distinguer deux sous-périodes. La première moitié du XIXe siècle est à mettre à part, car elle était encore celle de l’aventure et de l’exploration, avec de fortes personnalités qui sortaient du cadre de la science pure. En revanche, dans la seconde moitié du XIXe siècle et jusqu’au milieu du XXe, des campagnes spécifiquement dédiées à l’océanographie furent mises sur pied sur presque toutes les mers du monde, collectant des observations de qualité en physique, biologie et géologie, dont certaines sont encore utilisées aujourd’hui.

De l’exploration à la science : les prémices de l’océanographie

17De 1800 à 1850 environ, ce fut principalement l’ère de l’exploration et de la découverte des profondeurs océaniques, à l’occasion de longues campagnes circum-terrestres. De nouveaux instruments, mieux adaptés à l’océanographie, permirent de réaliser des mesures de la température en profondeur et de faire des prélèvements d’eau pour déterminer sa salinité ainsi que sa composition en principaux sels. Des filets pour la capture des animaux marins et des dragues destinées à récolter des échantillons des fonds océaniques complétaient l’attirail d’instruments déjà qualifiés d’« océanographiques » mis à la disposition de ces « explorateurs scientifiques ».

  • 5 Humboldt, outre ses talents d'océanographe, se rendit célèbre par les premières études de volcanol (...)
  • 6 Le premier savant à avoir décrit le phénomène de remontée d'eaux profondes serait un Français, le (...)

18On retiendra avant tout deux figures dominantes qui marquèrent l’histoire de l’océanographie de cette époque, bien qu’ils ne fussent que marginalement des navigateurs : l’Allemand Alexander von Humboldt et l’Américain Matthew Fontaine Maury. Le premier par ordre chronologique, Alexander von Humboldt (1769-1859), accompagné d’un Français, Aimé Bonpland, s’illustra par ses Voyages dans l’Amérique équinoxiale, publiés en 1817, qui relataient les observations recueillies au cours d’une expédition longue de cinq années (1799-1804) en Amérique centrale et en Amérique du Sud. L’ouvrage réunissait presque toutes les disciplines des sciences naturelles, et plus particulièrement la géographie, la climatologie, l’océanographie, la géologie et la volcanologie5. Il fut l’un des premiers à réaliser des mesures de température sous la surface de l’océan, notamment dans ce qui était alors appelé le « courant du Pérou », courant froid qui longe, du sud au nord, les côtes du Chili et du Pérou et auquel plus tard on donna son nom. S’il ne fut pas le premier à observer le phénomène de remontées d’eaux froides des profondeurs vers la surface (upwelling en anglais)6 dans les régions équatoriales et côtières, il chercha des interprétations de ce phénomène. Il pensa que ces résurgences d’eaux froides venaient des régions polaires pour compenser les eaux chaudes de surface qui migrent des tropiques vers les pôles sous l’effet des grands courants tels que le Gulf Stream. Il venait ainsi d’imaginer l’une des fonctions essentielles de l’océan dans le climat, son rôle de transporteur de calories dans la machine thermique planétaire, trivialement assimilée à un chauffage central, avec un circuit chaud partant de la chaudière tropicale et un circuit de retour froid en profondeur venant des régions polaires.

  • 7 Certains océanographes ne considèrent pas Maury comme un « grand scientifique » marquant les début (...)

19Le second, Matthew Fontaine Maury (1806-1873), appartenait au monde maritime, puisqu’il était officier de la Navy américaine, mais il navigua peu et fit l’essentiel de sa carrière à Washington au Depot of charts and instruments, organisme précurseur de l’actuel US Naval Oceanographic Office chargé des questions océanographiques au sein de la Navy. Maury eut accès à tous les documents de cette institution, et notamment aux données recueillies et consignées dans les livres de bord par les équipages de milliers de navires depuis près d’un siècle ; y étaient relevés leur position, les conditions météorologiques, les courants, et les observations de toute nature du milieu marin. Il réalisa immédiatement l’intérêt de cette mine d’informations pour aider les navigateurs à optimiser leurs routes et à les rendre plus sûres en ayant connaissance des courants et des vents en fonction des saisons. Il réalisa des cartes publiées dans les fameux Nautical Atlases qui servirent de matière première à un ouvrage publié en 1855, The Physical Geography of the Sea, considéré pendant près d’un siècle comme le premier et le plus fameux traité d’océanographie7, réédité récemment, en 1982, en Norvège !

20Mais le mérite de Maury ne s’arrête pas là. Ses travaux étaient devenus une référence internationale pour tout ce qui touchait à la navigation et à la connaissance des océans, non seulement en surface, mais aussi en profondeur, puisqu’il produisit la première carte bathymétrique de l’Atlantique nord. Sa renommée l’amena à organiser en 1853, à Bruxelles, une conférence internationale dans le but d’uniformiser et de standardiser les procédures d’observation météorologique et océanographique de tous les navires du monde. Cette amorce de coopération internationale fut renforcée à l’occasion d’une autre conférence internationale qui suivit à Londres en 1873 et au cours de laquelle des règles précises furent édictées pour consigner les observations marines réalisées par les navires sur toutes les mers du monde. Ces règles, officialisées par des accords internationaux, restèrent en vigueur, avec seulement quelques ajustements mineurs, jusqu’en 1953 ! On peut ainsi considérer que Maury est à l’origine de la coopération internationale qui allait devenir la règle à l’époque moderne de l’océanographie.

21À côté de ces « stars » de l’océanographie débutante, qui marquèrent cette première moitié du XIXe siècle, il convient de mentionner d’autres découvreurs des mers, moins célèbres, mais tout aussi dévoués à la science, notamment les hydrographes français, trop systématiquement oubliés par les auteurs anglo-saxons. On doit encore à HISARD (1993) d’avoir exhumé les travaux de ces pionniers français mais aussi russes et allemands, qui souvent, avant d’autres, avaient rapporté de leurs campagnes des observations de grande valeur pour la compréhension de la dynamique des océans, notamment celles relatives aux courants et contre-courants des régions équatoriales qui intriguaient si fort les navigateurs. Une description plus détaillée de la découverte de la circulation équatoriale sera présentée chapitre 5, mais une mention de ces relations de voyages et de leurs auteurs a sa place dans cette perspective historique générale.

22Les découvreurs français auteurs de relations de voyages riches en informations sur la circulation océanique des régions tropicales sont nombreux à cette époque. Par ordre chronologique, on peut citer Roussin, un temps ministre de la Marine, et Lartigue, qui publièrent tous les deux des relations de voyages. Les relations des circumnavigations du Français Freycinet (sept volumes publiés dans les annales maritimes et coloniales de 1827 à 1829) à bord de l'Uranie, et de Duperrey à bord de La Coquille, presque entièrement dédiées à la science, sont les plus connues car elles apportèrent des indices concordants sur l’existence de courants portant à l’est au voisinage de l’équateur dans les océans Pacifique et Atlantique. Plus tard, en 1852, l’hydrographe Charles Philippe de Kerhallet publiera un ouvrage présentant les cartes des courants et contre-courants du Pacifique et de l’Atlantique, dont il sera fait mention plus loin.

23Sans prétendre à l’exhaustivité, on peut aussi citer pour cette période antérieure à 1850 les travaux des hydrographes anglais Rennell, dans l’Atlantique et le golfe de Guinée, Dillon et Beechey, qui, à bord du Blossom au cours de circumnavigations entre 1825 et 1828, livrèrent des observations qui conduisirent à la mise en évidence dans le Pacifique du courant équatorial sud. De même Findlay, un géographe, présenta en 1853 pour la première fois devant la Société royale de géographie une synthèse des observations portant sur le contre-courant équatorial nord du Pacifique. N’oublions pas les Américains : Wilkes, après avoir organisé de nombreuses expéditions, publia en 1845 une relation de ses campagnes et identifia des courants et contre-courants équatoriaux dans le Pacifique. Le capitaine Hunter navigua au nord des îles Salomon et de la Nouvelle-Guinée et publia des notes de voyage en 1846.

24Les Allemands et les Russes ne furent pas en reste. On retiendra principalement les relations de voyages du naturaliste allemand Meyen en 1835 et du géographe Heinrich Berghaus en 1837. Les Russes ne s’intéressèrent que tardivement au Pacifique et, avant la campagne du Vitiaz de 1886 à 1889, seules quelques observations ont été consignées – et rapportées bien plus tard par Khanaichenko, en 1974.

Les grandes campagnes océanographiques pluridisciplinaires

25À partir de 1850 et jusqu’en 1950 environ, commencent les grandes campagnes scientifiques d’observation de l’océan. Elles sont généralement pluridisciplinaires, investissent surtout l’océan dans ses trois dimensions, y compris la profondeur, mais commencent aussi à s’intéresser aux changements temporels dans les domaines de la physique, de la biologie et de la géologie.

  • 8 Une mention spéciale doit être faite de la campagne du Challenger, la plus prestigieuse et la plus (...)

26Beaucoup de ces campagnes, qui sont connues par le nom du bateau qui les a portées, furent menées dans l’Atlantique, qui demeura le champ d’observation privilégié des océanographes de l’époque, mais de nombreuses circumnavigations visitèrent aussi les océans Pacifique et Indien. Plusieurs d’entre elles eurent pour objectif les régions tropicales et équatoriales. Ces campagnes apportèrent leur lot d’observations toujours utilisées aujourd’hui, précieusement cataloguées dans les banques de données internationales. Presque tous les grands pays maritimes y participèrent : Angleterre, États-Unis, Allemagne, Norvège, Suède mais aussi Belgique et Autriche. Curieusement, la France, très présente au cours de la période précédente, est presque absente de cette époque, si l’on excepte les hydrographes de la Marine nationale, notamment Charles Philippe de Kerhallet qui publia en 1852 ses Considérations générales sur l’Atlantique et découvrit le contrecourant équatorial nord atlantique (voir plus loin). Il est impossible de citer toutes ces campagnes. Les plus importantes sont : pour l’Angleterre, celles des navires Challenger8, qui entre 1872 et 1876 resta célèbre pour son tour du monde, et Bulldog en 1860 dans l’Atlantique nord ; pour les États-Unis, celles des navires Blake (1885-1890), Buccaneer, Atlantis (1931), Carnegie (1928), Discovery (1931-1935), Crowford (1957), Enterprise (1883-1886) ; pour l’Allemagne, celles des navires Hansen, Planet (1906), Meteor (1925-1927), Albatros (1947), Gazelle (1874-1875) ; pour les Russes, la campagne du Vitiaz (1886-1889) ; on ne peut aussi oublier les campagnes de L'Hirondelle et de La Princesse Alice, menées par le prince Albert de Monaco.

27Les observations de cette période permirent de décrire l’état moyen de l’océan dans ses trois dimensions ainsi que quelques aspects de sa variabilité. Elles sont à l’origine de nombreux ouvrages et atlas qui marquèrent les vrais débuts de l’océanographie. Un des ouvrages les plus cités de cette époque est issu d’une compilation de toutes les observations des navires allemands réalisée par Puls en 1895. Les atlas les plus connus sont ceux de Hansen, Defant, Wust, Schott. Mais l’ouvrage de référence, qui couronne cette époque, est sans conteste The Oceans de Sverdrup, Johnson et Fleming. Véritable bible de l’océanographie publiée en 1942, cette somme de connaissances acquises sur l’océan est encore consultée aujourd’hui. L’Année géophysique internationale, en 1957-1958, marque la fin de cette ère des grandes campagnes océanographiques historiques attachées à l’exploration des océans et, par son aspect international, global et coordonné, ouvre la période moderne. Nous en reparlerons plus loin ainsi que chapitre 5.

De la géographie des océans à la géophysique

  • 9 On peut rappeler ici l'isolement du milieu maritime et des « gens de mer » déjà connu dans l'Antiq (...)

28La période géophysique moderne de l’océanographie commence dans les années 1950-1960 avec la prise de conscience que l’océan appartient à l’environnement planétaire, au même titre que l’atmosphère et les terres émergées. On découvre également l’importance des interactions étroites entre ces différents milieux. L’océan, jusqu’ici considéré comme un monde à part du fait de sa difficulté d’accès, apparaît comme une enveloppe fluide essentielle de la sphère terrestre, soumise aux mêmes lois physiques que l’atmosphère, l’autre enveloppe fluide. Progressivement, l’océan va être considéré comme un milieu terrestre ordinaire9, affecté certes par une dynamique propre, mais interagissant avec les autres composantes du système planétaire.

29Il faut dire aussi que la période allant de 1957, Année géophysique internationale, jusqu’aux années 1982-1983, où la guerre froide s’essouffle, a été particulièrement favorable à la recherche. L’opposition Est-Ouest entretient une compétition scientifique animée. Elle débute avec le premier spoutnik lancé en 1957, à une époque où les contraintes qui pèseront sur la recherche appliquée n’ont pas encore établi un « top to down » trop rigide. C’est l’âge d’or des sciences de l’environnement, aussi bien aux États-Unis qu’en Europe, et même en Union soviétique. La compétition Est-Ouest offre aux communautés scientifiques de ces disciplines, notamment à l’océanographie, les moyens de s’organiser et surtout d’être maîtresses de leurs initiatives sans contrôle excessif de la part des agences nationales. Le « bottom up » joue à plein, ce qui n’est certainement pas étranger à l’émergence rapide des premiers grands programmes internationaux et à l’orientation plus physique et quantitative prise par l’océanographie.

30Il devient dès lors envisageable de « mathématiser » et de prévoir l’évolution de l’océan et de ses interactions avec l’ensemble de l’environnement planétaire. La science du fluide océanique, l’océanographie physique, sort du domaine de la géographie pour entrer dans celui de la géophysique, comme l’avait fait la météorologie quelques décennies plus tôt, ainsi que la géologie, plus tôt encore, en « enfantant » la géophysique terrestre au XIXe siècle. Certes, des théories physiques de l’océan avaient déjà vu le jour au cours de la première moitié du XXe siècle, sous l’impulsion des premiers océanographes physiciens européens (principalement norvégiens, danois, britanniques, allemands) et américains – les Français en étaient absents. Cependant, avant les années 1950, l’océan était seulement considéré dans son état moyen (steady State), et l’on négligeait sa variabilité à toutes fréquences. La nécessité de disposer d’une image globale de l’océan et de sa variabilité en comblant les zones encore vides d’observations, et en répétant ces observations dans le temps s’est rapidement fait sentir et a poussé les océanographes à s’organiser au plan international.

Les océanographes s'organisent (années 1960)

31Ainsi, la période géophysique de l’océanographie voit le jour avec « l’Année géophysique internationale » en 1957-1958. Ce rassemblement de dispositifs d’observations avait pour ambition d’étudier les différentes composantes du système Terre et leurs interrelations. L’océan occupait une place prépondérante dans ce dispositif d’observations de la Terre. Des stations hydrologiques furent réalisées dans les trois océans qui pour la première fois firent l'objet d’observations systématiques, simultanées et coordonnées (fig. 4) ; dans l’Atlantique, les stations du navire Météore des années 1920 furent reprises. Surtout, les géophysiciens se livrèrent, aux premières études sérieuses des régions arctique et antarctique, presque totalement inconnues à l'époque. Les premières opérations de carottages de glace pour explorer les climats du passé datent de cette époque (voir chapitre 8).

Figure 4. Un exemple des grandes campagnes transocéaniques menées au cours de l’Année géophysique internationale en 1957. Chaque point représente une « Station », au cours de laquelle étaient réalisés le long de la verticale des mesures et des prélèvements d’eau de mer ainsi que d’échantillons du fond.

32Puis dans les années 1960 fut organisée la « Décade internationale de l’exploration de la mer » (International Oceanic Decade Explorationiode en anglais) sous l’impulsion du Scor (encadré 1). La Décade internationale de l’océan permit notamment l’exploration scientifique de l’océan Indien, menée au cours de « l’expédition internationale de l’océan Indien » en 1964, où de nombreuses stations hydrologiques furent implantées et leurs résultats rassemblés dans un atlas, édité par Klaus Wyrtki, qui reste encore une référence pour décrire cet océan, jusque-là presque totalement inconnu sur le plan océanographique.

33À cote de ces expéditions internationales, des programmes de moindre importance associant néanmoins plusieurs pays virent le jour,’ principalement dans les océans Pacifique et Atlantique et dans certaines régions clés comme la côte nord-est américaine où le Gulf Stream affronte les eaux froides de la mer du Labrador (voir chapitre 2). Les régions tropicales attirèrent aussi l’attention (voir chapitre 4). Ce foisonnement d’activités océanographiques prenait un caractère international grandissant, et il devint donc nécessaire de l'organiser. C’est alors que des instances de coordination à la fois non gouvernementales et inter-gouvernementales, dont certaines dépendaient de l’onu, virent le jour (encadré 1).

Encadre 1. Les principales organisations océanographiques internationales
La première organisation océanographique internationale, le Conseil international pour l'exploration de la mer (CIEM), créé en1902, avait comme objectif la préservation des écosystèmes de l'Atlantique nord et de ses ressources. Cette organisation n'avait donc pas, ou très peu, d'activités liées à l'océanographie physique et au climat.
En 1961, la communauté océanographique se dota d'une Commission océanographique intergouvernementale (COI, intergovernmental Oceanographic Commission – IOC en anglais). Cette commission n'avait pas, et n'a toujours pas, le statut d'une agence de l'ONU, comme l'OMM, son a/ter ego pour l'atmosphère. Elle dépend de l'Unesco et a son siège à Paris. Néanmoins, elle coordonne les programmes océanographiques internationaux, mais sans réellement peser sur les choix scientifiques, et de ce fait, elle a un rôle plus diplomatique que scientifique. Un peu plus tard en 1970, le CIUS donna le jour au Scientific Committee for Oceanic Research (Scor) en 1970. Constitué d'un grand nombre de groupes de travail sur chacun des domaines de l'océanographie, le Scor fut le creuset de la pensée et du développement de l'océanographie. Il joua un grand rôle dans les programmes à finalité climatique des décennies qui suivirent.
Enfin un comité scientifique international, le Committee for Climate Change and Oceans (CCCO), créé en 1983, joua un rôle primordial dans l'élaboration des programmes internationaux à finalité climatique. Soutenu par la COI, le Scor et l'ICSU, il fut un cénacle de réflexion des océanographes physiciens pour définir leur participation à ces programmes.

La météorologie annexe l’océan (années 1970)

34Ces études océanographiques à caractère international et à grande échelle menées dans les années 1960, pour importantes qu’elles soient, n’étaient pas directement liées à la question climatique. Les océanographes de l’époque se souciaient très peu de l’atmosphère, sinon pour prendre en compte le vent de surface, moteur principal des courants.

35Parallèlement, les météorologues, dont la première préoccupation était la prévision météorologique à courte échéance (48 heures), se satisfaisaient de l’observation de la seule atmosphère. Ils s’étaient organisés, dès les années 1950, pour mener cette observation à l’échelle planétaire. L’OMM (Organisation météorologique mondiale), agence technique de l’ONU, fut créée en 1951 par les services météorologiques d’une soixantaine de pays. Son objectif était de coordonner au plan international l’effort d’observation de tous les pays engagés en son sein pour obtenir enfin des images synoptiques de la totalité de la sphère gazeuse entourant la planète. Ainsi, à l’aide de ces observations, la circulation générale de l’atmosphère pouvait être décrite au jour le jour à l’échelle globale, ce qui améliorait considérablement la qualité des prévisions que les services nationaux pouvaient proposer quotidiennement.

36Mais cette vision intégrée et à grande échelle de l’atmosphère et de ses mouvements conduisit rapidement les météorologues à prendre en compte l’océan pour expliquer certaines perturbations observées dans les mouvements de l’atmosphère. L’océan est en effet le plancher de l’atmosphère pour plus de 71 % de la surface de celle-ci. Ces deux milieux échangent en permanence et à toutes les échelles spatiales et temporelles de la masse (eau et aérosols), de la chaleur, et de la quantité de mouvement (dans le sens atmosphère océan par l’intermédiaire du vent). Mais ce plancher océanique n’est pas inerte, il peut déplacer d’énormes quantités de chaleur par le biais des courants et perturber l’atmosphère à de grandes distances. Dès lors, la nécessité de prendre en compte l’océan pour la prévision du temps, et plus tard pour celle du climat, devint une évidence.

37C’est ainsi que les météorologues se sont préoccupés du rôle de l’océan sur l’atmosphère et le climat avant les océanographes. C’est pour cette raison que, dès les années 1960, ils intervinrent dans les affaires des océanographes pour proposer des études de l’océan orientées vers l’action de celui-ci sur la circulation atmosphérique. Leur première motivation était de pouvoir allonger l’échéance des prévisions météorologiques et de les rendre plus fiables. C’est seulement un peu plus tard, dans les années 1970, que l’océan apparut incontournable pour élucider les mécanismes à l’origine de la variabilité du climat.

38Les météorologues mobilisèrent les océanographes une première fois à l’occasion d’un grand programme international organisé conjointement par l’OMM et le CIUS et prenant en compte l’océan. Ce fut le Garp (Global Atmospheric Research Programme) qui débuta, en 1974, par une expérience internationale dans l’Atlantique tropical, appelée Gate (Garp Atlantic Tropical Experiment), dont on reparlera abondamment plus loin. Mentionnons seulement ici, dans cette perspective historique, que Gate fut le premier rassemblement d’océanographes et de météorologues d’une telle ampleur dédié à l’étude des relations entre l’atmosphère et l’océan. Une armada de plus de trente navires océanographiques fut concentrée dans une région de l’Atlantique tropical oriental où s’opéraient des transferts énergétiques intenses entre l’océan et l’atmosphère, susceptibles de dégénérer en tempêtes tropicales et en cyclones. Ce fut le début d’une coopération étroite entre les deux disciplines, qui s’intensifia au cours des décennies suivantes.

Les programmes internationaux d’étude du climat stimulèrent l’observation de l’océan. Ici la maintenance d’une bouée soutenant des instruments de mesure immergés et de surface.

  • 10 Gate ayant été une expérience régionale, on pouvait en effet qualifier celle qui suivit à l'échell (...)

39La deuxième expérience initiée par l’OMM fut paradoxalement appelée la « Première expérience mondiale du Garp » (PEMG10, ou First Garp Global Experiment – FGGE). La PEMG, comme son intitulé l’indiquait, était globale et elle prenait en compte toute l’atmosphère et la surface des trois océans. Elle visait à renforcer les réseaux d’observations à la fois de l’atmosphère par la « veille météorologique mondiale (VMM) » (World Weather Watch – WWW) et de l’océan superficiel. Ce fut l’occasion de déployer des centaines de bouées dérivantes dans des régions océaniques peu fréquentées et mal connues comme l’océan Austral, en observant à la fois les paramètres atmosphériques – vent, pression, température de l’air, humidité – et les paramètres océaniques les plus usuels tels que température et courant de surface. L’objectif était d’améliorer la précision des « conditions initiales », observées à l’interface entre l’atmosphère et l’océan, nécessaires aux modèles pour améliorer les prévisions. La PEMG mobilisa de nombreux navires, concentra les observations de plusieurs satellites et fit beaucoup progresser la prévision météorologique, mais elle n’apporta pas, ou très peu, de résultats nouveaux dans le domaine de l’océanographie.

L'océanographie devient une géophysique (années 1980)

40C’est aussi à partir des années 1970-1980 que le rôle des interactions entre l’océan et l’atmosphère dans la dynamique du climat a pris soudain une grande importance, au moment où des outils nouveaux, ordinateurs et satellites, ont permis d’établir des bilans d’énergie, de masse et de chaleur dans les deux enveloppes fluides de la Terre (chapitre 2). Le rôle de la circulation générale océanique dans l’équilibre énergétique planétaire a alors pu être quantifié. Ce calcul des bilans de masse et de chaleur a montré que l’océan joue un rôle déterminant dans cet équilibre énergétique et qu’il est donc potentiellement le milieu où se détermine principalement la variabilité climatique. Ces résultats eurent beaucoup d’écho et conduisirent en partie au virage de l’océanographie vers l’étude du climat et la géophysique. Ils facilitèrent aussi le rassemblement des océanographes autour de l’organisation de grands programmes internationaux, spécifiquement océanographiques, visant à mieux connaître la circulation générale des océans et sa variabilité ainsi que son interaction avec l’atmosphère. Ce furent le programme Woce (World Ocean Circulation Experiment), présenté chapitre 3, et le programme Toga (Tropical Ocean and Global Atmosphere), présenté chapitre 6.

41Dans ce contexte, la singularité des océans tropicaux apparut bientôt évidente, de par l’influence privilégiée que ces derniers semblaient avoir sur la basse atmosphère, comme le laissaient soupçonner les phénomènes spectaculaires, connus depuis des siècles sous l’appellation de « El Nino », qui affectaient l’océan Pacifique. Ce phénomène sera analysé en détail chapitre 5. Mais l’océan tropical Pacifique n’était pas seul affecté par ces phénomènes d’interaction avec l’atmosphère ; l’océan tropical Atlantique était soumis aux mêmes lois physiques également déterminées par la proximité de l’équateur, avec cependant des effets d’une amplitude inférieure. La proximité de l’Atlantique avec les régions développées de l’Europe et de l’Amérique conféra à la région tropicale atlantique un statut de laboratoire naturel, où la physique équatoriale fut étudiée en détail lors de deux programmes joints, français et américain (Focal et Sequal, présentés chapitre 4).

  • 11 Au tournant des années 1980, il y eut quelques « conflits d'intérêts »au sein de la communauté océ (...)

42Par la suite, le Pacifique reprit ses droits11 de premier « continent maritime » – il occupe la moitié de la circonférence terrestre – avec la mise sur pied du grand programme international Toga qui s’attacha pendant dix ans à recueillir des observations sur les principaux paramètres océaniques et atmosphériques pour comprendre enfin El Niño, oscillation météo-océanique de grande envergure reconnue comme le signal climatique le plus marqué de la planète. Les simulations de ces phénomènes par des modèles de plus en plus réalistes rendirent bientôt possibles des perspectives de prévision de l’évolution du système couplé océan-atmosphère, ouvrant la voie à une prévision climatique opérationnelle semblable à celle que les météorologues réalisent tous les jours pour le temps.

43À ces succès vinrent s’ajouter les apports, en partie inattendus, des programmes d’observation spatiaux tels que Topex-Poseïdon (chapitre 7) qui complétèrent harmonieusement les observations in situ des grands programmes précédents.

44Enfin, l’océanographie étendit son domaine d’intérêt dans le temps en rejoignant la paléoclimatologie, avec la naissance de la paléo-océanographie, pour mieux comprendre le rôle joué par l’océan dans les changements climatiques à plus long terme du passé et ceux à venir du fait de l’activité anthropique (chapitre 8).

45L’océanographie a ainsi rattrapé son retard et en partie changé de nature au cours de ces années, en s’ouvrant à la géophysique des fluides et en se plaçant, avec l’étude de l’atmosphère, au cœur de la problématique environnementale de la planète. C’est ce dont nous tentons de rendre compte dans la suite de cet ouvrage.

Notes

1 De nombreux détails de cette rétrospective historique sont empruntés à Neumann et Pierson (1966), et à Philippe HISARD (1993) pour ce qui concerne la découverte des courants et contre-courants équatoriaux.

2 Avant Christophe Colomb et Ferdinand Magellan, des peuples du Nord avaient probablement atteint l'Amérique du Nord dès le Moyen Âge. Des prêtres irlandais découvrirent l'Islande vers 750, et un siècle plus tard il est établi que des Vikings gagnèrent le Groenland et s'y établirent durant trois siècles. On retrouve leurs traces datées de l'an Mil dans la baie d'Hudson et sur la côte nord-est du Canada et des États-Unis.

3 On recherche encore actuellement les restes de son expédition après son naufrage sur les côtes de l'île de Vanikoro.

4 Une « station d'observation » ou « station » est un terme consacré de l'océanographie qui désigne un point d'observation de l'océan qui oblige le navire à rester en point fixe, en station, pour déployer des instruments de mesure et prélever des échantillons d'eau. Une « section » est aussi un terme consacré désignant une coupe le long du trajet d'un navire où plusieurs stations sont réalisées.

5 Humboldt, outre ses talents d'océanographe, se rendit célèbre par les premières études de volcanologie qu'il réalisa dans les Andes. Il gravit plusieurs sommets à plus de 6 000 mètres d'altitude et réalisa le premier inventaire, accompagné d'une description détaillée, des volcans de l'Équateur et du Pérou.

6 Le premier savant à avoir décrit le phénomène de remontée d'eaux profondes serait un Français, le Cévenol Louis Urbain Dortet de Tessan, qui, au cours d'un tour du monde à bord du navire la Vénus entre 1836 et 1839, aurait observé des remontées d'eaux froides à l'équateur au large du Pérou (cité par James O'Brien [1978] dans la revue Oceanus et par Philippe Hisard [1993]).

7 Certains océanographes ne considèrent pas Maury comme un « grand scientifique » marquant les débuts de l'océanographie. On lui reproche un manque de rigueur dans ses raisonnements et dans ses interprétations, et de recourir fréquemment à des explications « fumeuses », voire ésotériques. Néanmoins, l'utilité de ses efforts pour standardiser les observations marines est reconnue par tous.

8 Une mention spéciale doit être faite de la campagne du Challenger, la plus prestigieuse et la plus caractéristique de cette époque. Elle dura quatre années, de 1872 à 1876, parcourut les trois océans, réalisa des observations de grande qualité dans 362 « stations » profondes, incluant des observations de physique, chimie et biologie. Le rapport de campagne constitue un monument de 50 volumes encore consulté aujourd'hui.

9 On peut rappeler ici l'isolement du milieu maritime et des « gens de mer » déjà connu dans l'Antiquité, où l'on avait coutume de distinguer trois catégories d'êtres : les vivants, les morts et ceux qui sont en mer.

10 Gate ayant été une expérience régionale, on pouvait en effet qualifier celle qui suivit à l'échelle mondiale de première expérience mondiale. Mais il n'y eut jamais de deuxième expérience mondiale du Garp. Elle fut donc la première et la dernière. Le Garp, qui dans son intitulé ne mentionnait que la recherche sur l'atmosphère, laissa bientôt la place, au début des années 1980, au Programme mondial de recherche sur le climat (PMRC) pour intégrer les autres milieux, notamment l'océan.

11 Au tournant des années 1980, il y eut quelques « conflits d'intérêts »au sein de la communauté océanographique américaine et internationale entre les équipes voulant privilégier un océan contre un autre dans un contexte de ressources qui commençaient à être plus limitées. L'océan Atlantique eut son heure entre 1970 et 1985, mais finalement l'océan Pacifique, à partir de 1985, attira la plus grande partie des moyens dans le cadre du programme international Toga (chapitre 6).

Table des illustrations

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Légende Figure 2. La première carte des vents connue, réalisée par l’astronome et océanographe anglais Edmond Halley en 1688. On remarque que le système des vents alizés, de nord-est au nord de l’équateur et de sud-est au sud de l’équateur, est déjà presque correctement schématisé. On relève aussi une zone de « calms and tornados » au large de la Guinée, qui préfigure le « pot au noir » et la renverse des alizés en direction de l’est sous la zone de convergence des alizés. Enfin, les vents de mousson du golfe de Guinée sont également assez bien représentés.
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Légende Figure 3. Le Gulf Stream, d’après Benjamin Franklin. Carte dressée en 1777. Le Gulf Stream, courant marin chaud, était représenté comme un grand fleuve isolé du reste de l’océan et traversant l’Atlantique nord en portant les navires. C’est une image qui correspondait à la vision des navigateurs de l’époque.
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Légende Figure 4. Un exemple des grandes campagnes transocéaniques menées au cours de l’Année géophysique internationale en 1957. Chaque point représente une « Station », au cours de laquelle étaient réalisés le long de la verticale des mesures et des prélèvements d’eau de mer ainsi que d’échantillons du fond.
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Légende Les programmes internationaux d’étude du climat stimulèrent l’observation de l’océan. Ici la maintenance d’une bouée soutenant des instruments de mesure immergés et de surface.
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