L’EAU DE MER ET LES COURANTS MARINS · Les caractéristiques de l’eau de merCours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3 La composition chimique de l’eau de mer Caractéristique

Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3

L’EAU DE MER ET LES COURANTS MARINS

Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.31. Les caractéristiques de l’eau de mer

1.1. 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 océans-

climat

3.3. conclusion : l’impact du réchauffement climatique sur la

circulation océanique


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)


températures

Source : www.educnet.education.fr/


Les variations de salinité et de température

Variations en surface

salinité

� eaux chaudes les plus salées

(évaporation)

� mais pas superposition

parfaite (rôle des apports d’eau

douce et des courants marins)NOM SALINITE G/L

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



Les variations de salinité et de température

Variations en profondeur

� thermocline : couche superficielle

de l’eau où la T° décroît rapidementLimite de la thermocline

� halocline : couche superficielle de

l’eau où la salinité décroît rapidement



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

� 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

Pancake ice


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).


Densité de l’eau de mer en

fonction de sa température

et de sa salinitéD’après Le Calvé, 2003


Les contrastes de densité

� 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

Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3Les caractéristiques de l’eau de mer

Les contrastes de densité

� eaux les moins denses : eaux

équatoriales

� eaux les plus denses : eaux

des hautes latitudes (Antarctique

et Atlantique Nord, mais

beaucoup moins Pacifique nord)

Source : www.educnet.education.fr/



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


1.5. Conclusion : la notion de front hydrologique



2.1.1. Les mécanismes des forces thermohalines

2.1.2. les zones polaires, laboratoires d’eaux océaniques

de profondeur

2.1.3. Schéma général de la circulation profonde


2.2.1. les moteurs : circulation atmosphérique générale

et rotation de la terre

2.2.1.1. le rôle des vents

2.2.1.2. l’influence de la rotation de la Terre

2.2.2. les principaux courants de surface

2.2.3. un courant majeur : le Gulf Stream


2.3.1. le moteur : différence de bilan hydrologique de

part et d’autre d’un détroit

2.3.2. exemple du courant du détroit de Gibraltar

2.4. Récapitulatif : le principe de la circulation océanique

générale

2.4.1. les interactions entre circulation thermohaline et

circulation de surface : « le tapis roulant océanique mondial »

2.4.2. les phénomènes d’upwelling



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 polaires

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



Les zones polaires, laboratoires d’eaux océaniques de profondeur

Plongée au niveau d’un seuil topographique

(mers de Norvège et du Labrador) mers de Weddel

et de Ross

eaux de surface refroidies

et très salées

seuil topographique

Groënland – Islande –Féroé -Ecosse

Front arctique Front antarctique

eaux de très grande profondeur : vitesses très lentes (20 km/an)

eaux profondes « intermédiaires » : alimentent les grands courants de

fond, vitesses bcp + rapides

D’après Géographie de l’océan global, J.R. Vanney, 2002



D’après J.R. Vanney, 2002

1 sverdrup = 106 m3/s

soit 10M m3/s

Vitesses moyennes

atlantique : < 0,1km/h

(800 km/an)

Vitesses pacifique :

0,06 km/h (500

km/an)

Front polaire atlantique

nord

Schéma général de la circulation profonde

(eaux profondes intermédiaires)


Répartition grandes zones de pression à la surface de la terre

Anticyclones (HP) et dépressions (BP)

Vents

Courants marins de surface

Les courants de surface ou courants de vent

Les moteurs : circulation atmosphérique et rotation de la terre

Le rôle des vents

Source : www.meteo-France.fr


Courants crées par alizés

Courants crées par westerlies

Contre-courants équatoriaux

Source : www.meteo-France.fr


Source : www.educnet.education.fr

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

400 m profondeur

maxi

Exemple : alizés obliques de 30° à 45° par rapport à l’équateur

engendrent des courants parallèles à l’équateur

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



Les principaux courants de surface

Source : www.educnet.education.fr/obter/appliped/ocean/theme/ocean42.htm



Un courant

majeur le

Gulf stream


Les courants de compensation ou de décharge

Le moteur : différence de bilan hydrologique de part

et d’autre d’un détroit

Bilan hydrologique des trois grands océans d’après Le Calvé, 2002

OcéanPrécipitations

(cm/an)

Fleuves

(cm/an)

Evaporation

(cm/an)

Bilan

(cm/an)

Pacifique

Atlantique

Indien

+133

+ 89

+117

+7

+23

+8

-132

-124

-132

+8

-12

-7

Global +114 +12 -126 0

� 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


Les courants de compensation ou de décharge

Exemple du courant de compensation du détroit de Gibraltar

Eaux méditerranéennes

Eaux atlantiquesDistribution des masses d’eau dans le détroit de Gibraltar

D’après Le Calvé, 2002


GIEC, 2003

I.P.C.C., 2003

Récapitulatif : le principe de la circulation océanique générale

Les interactions entre circulation thermohaline et circulation de

surface : le « tapis roulant océanique mondial »

Grand convoyeur

Zones de plongée des eaux du

GS refroidies et très salées

Zones de plongée eaux tempérées refroidies de l’hémisphère sud

Durée du cycle :

500 à 1000 ans

Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3Récapitulatif :

le principe de la circulation océanique générale

Les phénomènes d’upwelling

Upwelling ? Zone localisée de remontée d’eau froide depuis les

profondeurs

Principe de

l’upwellingD’après Le Calvé, 2002

Exemple de l’upwelling CalifornienD’après Le Calvé, 2002


1.5. Conclusion : la notion de front hydrologique





2.4. Récapitulatif : le principe de la circulation océanique

générale


3.1. le cycle du carbone

3.2. le couplage thermodynamique : les interactions océans-

climat

3.2.1. Exemples aux basses latitudes : les moussons et le

phénomène El Nino

3.2.2. aux latitudes moyennes : les oppositions de façade

océanique

3.2.3. aux hautes latitudes, fluctuations de la circulation

thermohaline

3.3. conclusion : l’impact du réchauffement climatique sur la

circulation océanique

Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3Le couplage océan - atmosphère

� 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

2 points essentiels

Le cycle du carbone

J.R. Vanney, 2002


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

Cas particulier de la mousson indienne

- alizés hémisphère sud s’inversent en

franchissant l’équateur

- très forte car effet orographique (Himalaya)

- Afrique occidentale (Golfe Guinée)

- Asie du SE

- Sous-continent indien


Le couplage océan - atmosphère


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


Le couplage océan - atmosphèreLe 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-mêmeD’après le Calvé, 2002



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)

Compr endre la Terre, Magnard, 1988



Aux hautes latitudes, fluctuations de la circulation thermohaline

� cycle thermohalin dure entre 500 et 1000 ans : eaux de fond =

mémoire des océans

GIEC, 2003� mais système très instable car dépend de la densité et donc 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 »

3éme rappor t d

e l’I. P

. C. C. , 2

003


Conclusion

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

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