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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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
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)
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
températures
Source : www.educnet.education.fr/
Les caractéristiques de l’eau de mer
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
Les caractéristiques de l’eau de mer
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
Les caractéristiques de l’eau de mer
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
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).
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
Densité de l’eau de mer en
fonction de sa température
et de sa salinitéD’après Le Calvé, 2003
Les caractéristiques de l’eau de mer
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/
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
Les caractéristiques de l’eau de mer
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
1.5. Conclusion : la notion de front hydrologique
2. Les grands courants marins
2.1. les courants de fond ou courants thermohalins
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. les courants de surface ou courants de vent
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. les courants de compensation ou décharge
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
3. Le couplage océan – atmosphère
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
Les courants de fond ou courants thermohalins
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
Les courants de fond ou courants thermohalins
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)
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
Courants crées par alizés
Courants crées par westerlies
Contre-courants équatoriaux
Source : www.meteo-France.fr
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
Les courants de surface ou courants de vent
Les principaux courants de surface
Source : www.educnet.education.fr/obter/appliped/ocean/theme/ocean42.htm
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
Les courants de surface ou courants de vent
Un courant
majeur le
Gulf stream
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
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 : le principe de la circulation océanique
générale
3. Le couplage océan – atmosphère
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
Le couplage océan - atmosphère
Le couplage thermodynamique : les interactions océans-climat
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
Le couplage thermodynamique : les interactions océans-climat
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
Le couplage thermodynamique : les interactions océans-climat
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
Cours Hydrologie Marine P.Durand 2007-08, chap.3
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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