Océans et climat

Eric Guilyardi

1. L’océan acteur majeur du climat

2. Les forces à l’œuvre

3. Observer l’océan

4. Modéliser le système terre

5. Le sel, élément fondamental

1. L’océan acteur majeur du climat

2. Les forces à l’œuvre

3. Observer l’océan

4. Modéliser le système terre

5. Le sel, élément fondamental

La machine terre

Sole

il

Rayonnement Infra-Rouge

Bilan d’énergie

Perte

Gain

Océan

Atmosphère

Équateur

Une machine thermodynamique

Transport de Chaleur

Océan

A

AA D D

S NEq.

A+O

O

Atmosphère

Atmosphère

• Rapide (jour - 3 semaines)• Peu de mémoire• Chauffée par le bas

Océan

• Lent (saison - 1000 ans)• Inertie thermique• Chauffé par le haut• Opaque

VentChaleur

Eau

ChaleurEau

L’océan, mémoire du climat

Les domaines de l’océan

La circulation forcée par le vent: gyres et grands courants

Les domaines de l’océan

Masses d’eau (T, Sel)

Pro

fon

deu

r (k

m)

S

S Éq.

T

N

Température en moyenne « zonale »

Formation en surface

Distribution horizontale et verticale

Océan de surface = réceptacle des flux air-mer

Atlantique

N Éq. S

Masses d’eau de l’océan Atlantique

Été Hiver

Océan de

surface

Océan profond

Pole Éq.

100 m

L’océan

Gardien des équilibres...

...acteur des variations lentes du climat

El Niño

Réchauffement planétaire

El Niño, l’enfant terrible

Dérèglement du

couple océan-atmosphère

Situation normale

Situation El Niño

Pacifique tropicalHauteur de la mer

Situation La Niña

Le réchauffement climatique

365

Evolution du CO2

150 ans

450 000 ans

Carottage à Vostok, Antarctique

Evolution de la température globale

Niveau des mers

1. L’océan acteur majeur du climat

2. Les forces à l’œuvre

3. Observer l’océan

4. Modéliser le système terre

5. Le sel, élément fondamental

L’océan de surface

gyres

La circulation forcée par le vent

Forces de pression et de Coriolis

-

+

+

-

+

-

• Gradient de pression• Déviation de Coriolis

Hémisphère NordHémis. Sud

grands courants

Gulf Stream

La spirale et le transport d‘Ekman

= effet intégré de la force de Coriolis

Les forces à l’oeuvreLes forces de flottabilité

Chauffage par le bas

Atmosphère

Océan

RefroidissementEvaporation

Archimède

Flottabilité d’équilibre

Eau plus salée

Condensation

Flottabilité d’équilibre

La circulation thermohaline

Un «tapis roulant» global...

...qui avance à 1 cm/sec !

1. L’océan acteur majeur du climat

2. Les forces à l’œuvre

3. Observer l’océan

4. Modéliser le système terre

5. Le sel, élément fondamental

Observer et mesurer l’océan

• entreprise titanesque• coordination internationale

• campagnes en mer

• bouées fixes ou dérivantes

• réseaux temps réel

• satellites

Satellite Topex-Poseidon

La hauteur de la mer au centimètre près...

...globalement...… tous les 10 jours !

Une vision modifiée

« L’océan est un champ de tourbillons »

Suivi d’El Niño

Etat du Pacifique tropical en temps réel

Une vision modifiée

Hautes latitudes

Circulation profonde

Wolrd Ocean Circulation Experiment

1. L’océan acteur majeur du climat

2. Les forces à l’œuvre

3. Observer l’océan

4. Modéliser le système terre

5. Le sel, élément fondamental

Simuler le climatModèles mathématiques de l’atmosphère et de l’océan

processus « sous-maille »

capacité des super-calculateurs

couplages pluri-disciplinaires

Défis de lamodélisation :

Continents Atmosphère Océan

Physique

Carbone

Chimie

NEC SX5 CNRS

Observer et simuler pour comprendre C

ou

pla

ge

OP

A (

Par

is)

/ Ech

am (

Ham

bo

urg

)

Sensibilitéà la

turbulencedans l’océan

Et si on modifiait El Niño ?

Gu

ily

ard

i, M

ad

ec

et

Te

rra

y (

20

01

)

Contrôle

Perturbation

Anomalie de température

Observer et simuler pour prévoir

Océanographie opérationnelle

+ =

Scénario de changement climatique

Augmentation de température

Hauteur de la mer prévue cette semaine

1. L’océan acteur majeur du climat

2. Les forces à l’œuvre

3. Observer l’océan

4. Modéliser le système terre

5. Le sel, élément fondamental

= concentration du sel (NaCl) dans l’eau de mer

Se mesure en PSU* ~ ’pour mille ’ = o/oo

La « salinité » de l’océan

*Practical Salinity Unit

Sels35 g/kg

Cl-

Na+

...ou avec un «salinomètre»

par conductivité...

D’où vient le sel de l’ océan ?’

Le moulin à sel des Nordiques

Naufrage et amphores de sel gemme des Grecs anciens

Lessivage des continents

3,6 Giga Tonnes de sel / an !!!

Comment est modifiée la salinité ?

Bilan d’eau douce entre :Salinité de surface

Les apports rivières précipitations fonte glace de mer

Salinité en mer du Nord

et Les retraits évaporation

formation de glace de mer

Rejet de sel

Le cycle de l’eau

Premier grand cycle du climat

Vital pour l’homme

Mal connu, mal modélisé

Nous avons modifié le climat…

…quel cycle de l’eau pour demain ?