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Le climat à découvert

 | 
Catherine Jeandel
, 
Rémy Mosseri

Première partie. Le système climatique

5. Les océans

Gilles Reverdin

Texte intégral

1À l’interface entre l’océan et l’atmosphère ont lieu des échanges de chaleur, d’eau douce et de gaz comme le dioxyde de carbone dont la variabilité temporelle et la distribution spatiale dépendent en partie des températures de surface de la mer. Ils ont une grande influence sur la circulation atmosphérique et ses modes de variabilité, ainsi que sur le devenir du CO2 atmosphérique. Ces échanges, ainsi que les transports horizontaux et verticaux associés aux circulations océaniques, induisent des contrastes de température et de salinité de surface importants, tant en latitude au sein de chaque bassin océanique qu’en longitude entre bassins océaniques (e.g. au nord de 40°N entre les océans Atlantique et Pacifique) ou au sein d’un même bassin (e.g. dans le Pacifique équatorial).

La circulation océanique

2L’eau de mer est salée, c’est-à-dire qu’elle contient des sels dissous, qui en première approximation ont une stœchiométrie constante. La pression, la température et la salinité (concentration de sel) déterminent la densité de l’eau de mer : les eaux froides et salées seront plus denses que les chaudes et diluées. Lorsque la température descend en dessous du point de congélation (sous l’effet de perte de chaleur à l’interface air-mer) de la glace de mer se forme en surface, qui vient isoler (partiellement) l’océan de surface des échanges air-mer. Lors de sa formation, la glace rejette une bonne part de son sel, ce qui entraîne une augmentation de salinité, et donc de densité pour l’eau sous-jacente.

3Aux contrastes horizontaux de température (T) et de salinité (S) – et donc de densité – sont associées des forces de pression horizontales. Ces forces de pression, dans le milieu tournant en rotation qu’est la Terre, provoquent en profondeur des courants horizontaux, orthogonaux en première approximation aux gradients de pression horizontaux. Ce mécanisme est inactif à l’équateur car il dépend de la force de Coriolis*, nulle à cette latitude.

4Loin des régions affectées par les échanges avec la surface, où le vent est le forçage dominant, T et S sont des traceurs quasi-conservatifs aux échelles de temps inférieures à quelques milliers d’années. Leur évolution peut donc être prédite à partir de la connaissance de la circulation océanique, depuis les petites échelles des tourbillons induits par le mélange vertical à celles des transports par la circulation de grande échelle (100 km ou plus). Par leur influence sur la densité océanique et donc sur les courants horizontaux, T et S sont bien des traceurs actifs.

5À la surface, les eaux sont entraînées par le vent et dans une couche de -25 à -100 m, des courants horizontaux orthogonaux aux vents se forment du fait de la rotation de la Terre. La distribution horizontale des vents induit des convergences ou divergences locales des courants, qui se traduisent par la formation de « bosses » et de « creux » à la surface de la mer. Ces déviations des lignes de courant sont sources de circulation océanique interne et entraînent des transferts d’eau entre l’océan intérieur stratifié (les eaux de subsurface sont plus denses) et la surface.

6Aux hautes latitudes de l’hémisphère Nord, le contraste de T et S de surface entre les océans Atlantique et Pacifique reflète des circulations très différenciées entre ces deux régions. Dans l’océan Atlantique, les courants amènent des eaux chaudes et salées venant des régions subtropicales jusqu’au pourtour de l’océan Arctique, alors qu’une telle circulation est quasiment absente du Pacifique Nord. Dans les régions les plus au nord, les échanges océan-atmosphère tendent à refroidir et à rendre moins salées ces eaux venant du sud. Ces échanges ont pour conséquence la production, dans certaines régions du nord de l’Atlantique, d’eaux de surface suffisamment denses pour alimenter les couches profondes et abyssales de l’océan Atlantique Nord, puis circuler en profondeur entre les océans Atlantique, Indien et Pacifique. Ces eaux remontent en partie sous l’effet du mélange vertical dans l’intérieur de l’Atlantique (en particulier, au voisinage de reliefs accidentés ou de talus continentaux), ainsi que dans l’océan austral de surface, au sud du courant circum-polaire antarctique. Ce mécanisme est appelé « circulation thermo-haline » (figure), car il trouve son origine dans les contrastes de T et S (et donc de densité) des eaux de surface océaniques. D’autres régions importantes de formation d’eaux profondes se trouvent sur les pourtours de l’Antarctique, mais ces eaux de fond interagissent moins directement avec les eaux de surface.

Schéma de la branche supérieure de la circulation méridienne (en bleu clair) et cheminement de retour en profondeur (en bleu foncé). Noter en particulier les branches vers le nord de cette circulation de retour dans les océans Pacifique et Indien et vers le sud dans l’océan Atlantique. Mise en garde : les flèches dans le secteur austral ne représentent pas une circulation actuelle, mais simplement un schéma de redistribution des eaux

Rôle des océans dans le système climatique*

7Ces différentes circulations sont une source importante de transport méridien de chaleur et d’eau douce du système climatique actuel. Ainsi, à certaines latitudes, la circulation océanique contribue environ à la moitié du transport méridien de chaleur du Système Terre, la moitié de ce transport océanique pouvant être attribuée à la circulation thermo-haline de l’océan Atlantique Nord (jusqu’à 1015 W de transport méridien de chaleur à 26°N). Ce mécanisme est stable depuis environ 8 000 ans, ce qui explique aussi la stabilité du climat pendant cette période appelée « holocène ».

8Les contrastes spatiaux de T et S en surface, que nous mesurons à partir d’observations réalisées sur les 50-100 dernières années, varient à différentes échelles de temps, en partie du fait de la dynamique océanique. Ainsi, le célèbre mode de variabilité de l’océan Pacifique équatorial, El Niño* (ENSO), qui semble étroitement associé à un couplage fort entre les dynamiques océanique de surface et atmosphérique, génère un spectre très étalé de fluctuation du climat. La présence documentée de cette variabilité témoigne d’ailleurs d’un fonctionnement dynamique de l’océan Pacifique tropical assez voisin de l’actuel au cours des 6 000 dernières années.

9On trouve aussi un peu partout de fortes variabilités temporelles. La variabilité aux échelles de temps pluri-décennale à pluri-centennale des T de surface de l’Atlantique Nord (PDO*) semble anti-corrélée à la variabilité d’une partie de l’hémisphère austral. Ces contrastes méridiens à grande échelle seraient associés à des fluctuations du cycle hydrologique dans l’atmosphère, en particulier dans les régions tropicales, et pourraient être associés à une variabilité de la circulation thermo-haline de l’Atlantique Nord. Cependant, ces signaux océaniques correspondraient à des variations extrêmement faibles de ces gradients méridiens de température (de l’ordre du degré). Ce qui illustre d’ailleurs une stabilité de la circulation océanique méridienne au cours, là encore, des 6 000 dernières années. Il est donc probable que les eaux profondes des océans isolées de la surface depuis plusieurs millénaires (d’après les informations des traceurs géochimiques, en particulier pour le carbone-14) aient plongé depuis la surface de l’Atlantique Nord sous des climats assez voisins de notre période actuelle, où la formation d’eau profonde se produit de façon prédominante dans l’Atlantique Nord.

Bibliographie

Références bibliographiques

• M. FIEUX - L’océan planétaire, Les presses de l’École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA), 2010.

• B. VOITURIEZ - Le Gulf Stream, Unesco, 2006.

• J.-F. MINSTER - La Machine-Océan, Flammarion, 1999.

Table des illustrations

Légende Schéma de la branche supérieure de la circulation méridienne (en bleu clair) et cheminement de retour en profondeur (en bleu foncé). Noter en particulier les branches vers le nord de cette circulation de retour dans les océans Pacifique et Indien et vers le sud dans l’océan Atlantique. Mise en garde : les flèches dans le secteur austral ne représentent pas une circulation actuelle, mais simplement un schéma de redistribution des eaux
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Fichier image/, 128k

Auteur

Océanographe, Directeur de Recherche au CNRS, LOCEAN, Paris.
gilles.reverdin@locean-ipsl.upmc.fr

© CNRS Éditions, 2011

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