LES COURANTS MARINS
Les océans représentent 70 % de la surface de la Terre et 97 % du volume des eaux de l’hydrosphère.
Les eaux océaniques sont affectées par deux types de circulation. A leur surface, elles obéissent à une circulation guidée par les vents, tandis qu’en profondeur, une circulation dépendant de leur température et de leur salinité les anime.
Comment s’organisent la circulation des eaux de surface et celle des eaux profondes ?
1. La circulation superficielle
Les courants de surface sont le résultat d'une interaction entre l'océan et l'atmosphère. L'atmosphère exerce, par l'intermédiaire des vents, une force d'entraînement mécanique (force de frottement) sur les eaux de surface. Celles-ci sont donc poussées par les vents, mais selon une trajectoire déviée sur sa droite dans l'hémisphère Nord (ou sur sa gauche dans l'hémisphère Sud), en raison de la force de Coriolis. En effet, si cette force de frottement est équilibrée par la force de Coriolis, un courant de surface se crée à 45° à droite de la direction du vent dans l'hémisphère Nord (à gauche dans l'hémisphère Sud). Ce courant de surface entraîne à son tour la couche d'eau sous-jacente par frottement liquide, et ainsi de suite. Au cours de ce processus, le courant tourne en profondeur en s'écartant de la direction du vent. Une perte d'énergie se produit d'où la diminution de la vitesse du courant avec la profondeur. Ce mouvement d'ensemble de l'eau ou spirale d'Ekman est globalement dirigé à 90° à droite de la direction du vent dans l'hémisphère Nord, à gauche dans l'hémisphère Sud. La profondeur de la couche ainsi entraînée par le vent ou couche d'Ekman peut atteindre plusieurs dizaines de mètres (Document 1).
Document 1: Action du vent sur l'océan : le transport de la couche d'Ekman est perpendiculaire au vent, à droite dans l'hémisphère Nord, à gauche dans l'hémisphère Sud. Les vecteurs représentent, à chaque profondeur, la vitesse, la direction, et le sens du courant.
Ainsi, dans l'hémisphère nord, les courants poussés par les alizés (vents d'est de la zone intertropicale) sont déviés vers le nord, alors que les eaux des zones tempérées subissent l'influence des vents d'ouest et sont déviées vers le sud. Ansi, dans l'hémisphère nord, la répartition globale des courants en surface des océans est la suivante (voir document 2):
- Dans les régions équatoriales et tropicales, les courants sont parallèles à l'équateur et aux tropiques ; ils sont dits zonaux ou latitudinaux
- Dans les régions tempérées, les courants décrivent de grands mouvements tournants appelés " gyres " ; ces gyres sont dits anticycloniques quand ils tournent dans le sens des aiguilles d'une montre (cas du Gulf Stream et des ses prolongements, la dérive nord-atlantique et le courant des Canaries)
- Aux latitudes élevées, les courants sont organisés en gyres cycloniques, qui tournent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (cas du courant du Labrador).
Les mouvements des gyres sont inverses dans l'hémisphère sud.
Document 2: Carte des principaux courants de surface des océans mondiaux.
La vitesse des courants de suface varie de quelques centimètres par seconde à plus de 2 m par seconde pour le Gulf Stream le long des côtes de la Floride.
Exercice correspondant: EXERCICE 1: Le Gulf Stream.
2. Température et salinité gouvernent la distribution des eaux océaniques
Les eaux de surface ont une température qui décroît de 30°C dans les zones tropicales jusqu'à - 2°C aux latitudes élevées. Ces variations ont pour origine l'inégale répartition du rayonnement solaire qui échauffe les eaux superficielles par le haut. D'autre part, la température décroît très fortement entre 0 et 1000 m de profondeur : l'eau est stratifiée verticalement en couches plus froides, remontant en surface au niveau des pôles. A partir d'une certaine profondeur (thermocline), la température est stable : près de la moitié du volume des eaux atlantiques est ainsi à une température voisine de 3°C.
La salinité des eaux océaniques, en moyenne voisine de 34,71 grammes de sels dissous par litre d'eau (= 34,71 pour mille), détermine également une distribution latitudinale et verticale de l'eau. L'augmentation importante de la salinité dans les 800 premiers mètres d'eau induit, en association avec la baisse de température, une augmentation de la densité de l'eau (de 1,024 g/cm3 en surface, à 1,027 g/cm3 à 1000 m de profondeur).
La circulation oceanique profonde est gouvernée actuellement par le plongement d'eaux froides et sursalées aux hautes latitudes. Aux hautes latitudes, la congélation de l'eau douce en surface de l'océan, ou encore la formation de la banquise, provoque une augmentation de la salinité de l'eau de mer sous-jacente. A ce phénomène, qui prend place dans les régions polaires, s'associe des températures très basses de l'eau. Les eaux de surface deviennent denses et tendent à plonger, à 3000 m de profondeur environ. Ces mouvements sont à l'origine d'une circulation océanique globale, ou circulation thermohaline. L'eau superficielle chaude et de faible salinité qui remonte dans l'Atlantique nord, s'évapore, se refroidit, gèle partiellement, se sursale, plonge et alimente la masse d'Eau Profonde Nord Atlantique (EPNA). Celle-ci se répand vers 3000 m dans l'Atlantique sud en une circulation profonde, froide et salée que surmontent l'Eau Antarctique de Fond (EAF). Cette eau diffuse ensuite dans l'océan indien et dans l'océan pacifique, où un réchauffement et baisse de salinité induisent son retour en surface (voir document 3).
La vitesse moyenne des circulations profondes, déterminées à l'aide des éléments radioactifs solubles (isotope 14 du carbone) n'excède pas quelques millimètres par seconde.
Document 3 : La circulation thermohaline globale est gouvernée par les modifications de température et de salinité des eaux océaniques.
Exercice correspondant: EXERCICE 2: La circulation oceanique profonde.
3. Principe de datation des eaux profondes: le carbone 14:
Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone. Il est fabriqué en permanence dans la haute atmosphère sous l'effet du rayonnement cosmique. Incorporé dans les molécules de dioxyde de carbone de l'atmosphère, il se dissout dans les eaux de surface des océans. On le retrouve ensuite dans les eaux profondes où sa désintégration en azote 14 (un pour cent tous les 82 ans) constitue un chronomètre naturel.
En dosant le carbone 14 restant dans les eaux profondes, on peut donc évaluer leur âge depuis la dissolution du carbone 14 en surface. Ceci a permis de mettre en évidence leur circulation et le temps moyenne de résidence de l'eau dans les océans. On détermine ainsi également la vitesse moyenne de la circulation profonde.
Document 4 : Age des eaux profondes (3000 m de profondeur) exprimé en années et déterminé à l’aide du carbone 14.
Document 5 : Principe de datation des eaux profondes.
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