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Posté par Isabelle le Jeudi 16/11/2017 à 12:00
Le renouvellement de l'océan profond contraint par la forme du relief sous-marin
L'océan profond est un immense réservoir de carbone, de chaleur et de nutriments dont le renouvellement conditionne l'influence de l'océan sur les variations lentes du climat. Une équipe de chercheurs français, australiens et suédois vient de démontrer que la distribution verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) du plancher océanique permet, à elle seule, de prédire le mouvement et donc le renouvellement des eaux profondes des bassins Pacifique, Indien et Atlantique. Ces eaux y progressent vers le nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) à plus de 4 km de profondeur, puis retournent vers le sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) à plus de 2,5 km de profondeur, avec pour conséquence la formation entre 1 et 2,5 km de profondeur d'un réservoir isolé d'eaux quasi-stagnantes dans les océans Pacifique et Indien. Cette meilleure connaissance de la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) océanique profonde devrait permettre de mieux comprendre et quantifier l'influence de l'océan profond sur les transitions climatiques passées et à venir.

Les océanographes savent que les plus grandes profondeurs de l'océan mondial sont alimentées par des eaux particulièrement froides (moins de 2°C) et denses formées au contact de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec...) polaire et de la glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5...) du continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens terra, les « terres continues ». Au sens propre, ce terme désigne une vaste...) antarctique (L'Antarctique (prononcé [ɑ̃.taʁk.tik] Écouter) est le continent le plus méridional de la Terre. Situé au pôle...). Ces eaux antarctiques plongent sous leur propre poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à...) et serpentent le long du plancher océanique à des profondeurs dépassant 4 km. Mais le devenir de ces eaux denses reste beaucoup plus mystérieux. Comment et où ressortent-elles des abysses océaniques ? Comment rejoignent-elles la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu...), refermant ainsi la boucle de leur circulation ?

L'étude qui vient d'être publiée dans la revue Nature fait un pas important vers la complétion de cette boucle. Les auteurs y montrent que le chemin suivi par les eaux profondes est fondamentalement lié à la forme du plancher océanique. Une cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur un support réduit...) de la profondeur d'un bassin océanique fournit ainsi un moyen direct de prédire le mouvement des eaux denses à l'échelle du bassin.


Schéma simplifié de la circulation des eaux denses dans l'océan Pacifique, illustrant son lien avec le relief. Les eaux denses originaires de l'Antarctique progressent vers le nord à plus de 4 km de profondeur, remontent le long du plancher océanique, et repartent vers le sud à plus de 2,5 km de profondeur. Cette circulation laisse un réservoir isolé aux mi-profondeurs (entre 1 et 2,5 km) abritant les eaux les plus vieilles de l'océan mondial.

Pour remonter vers la surface, les eaux profondes doivent devenir plus légères. Cet allégement a lieu principalement le long du fond de l'océan: c'est là où la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) provenant de l'intérieur de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...) pénètre dans l'océan, et surtout où la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation et...) qui mélange les eaux denses avec des eaux plus légères est la plus énergique. En conséquence, les eaux qui sont en contact avec une plus grande surface de fond marin remontent plus rapidement.

Les cartes du relief sous-marin (Un sous-marin est un navire capable de se déplacer dans les trois dimensions, sous la surface de l'eau ; il se distingue ainsi des autres bateaux et navires qui se...) montrent qu'une grande partie du plancher océanique se trouve à environ 4 km de profondeur, tandis qu'une petite fraction seulement se situe entre 1 et 2,5 km sous la surface. L'ascendance la plus rapide doit donc se situer à environ 4 km de profondeur, tandis qu'au-dessus de 2,5 km la remontée doit être nettement plus faible.

Considérons les eaux denses progressant de l'Antarctique vers l'océan Pacifique. Elles vont cheminer vers le nord aux plus grandes profondeurs, être efficacement allégées et ainsi élevées aux alentours de 4 km de profondeur, puis retourner vers le sud à plus de 2,5 km de profondeur, car incapables de remonter davantage dans la colonne d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.).

Cet itinéraire a une conséquence surprenante pour les eaux situées entre 1 et 2,5 km de profondeur. Dans l'océan Atlantique, cette couche de mi-profondeur est alimentée par des eaux denses formées autour du Groenland (Le Groenland (prononcez /gʁɔɛn.lɑ̃d/, écrit Groënland dans la graphie française d'avant 1850,...). Mais dans les océans Indien et Pacifique, elle s'avère isolée du mouvement global des eaux denses. Un large réservoir quasi stagnant et peu renouvelé occupe donc les mi-profondeurs des bassins Indien et Pacifique.


Carte mondiale du contenu en 14C de l'eau de mer à la profondeur de 2 km, construite à partir de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) des données historiques disponibles. Les eaux les plus vieilles se trouvent à cette profondeur dans l'océan Pacifique Nord. À 2 km de profondeur, l'océan Indien abrite aussi des eaux relativement isolées, tandis que l'océan Atlantique est alimenté par des eaux jeunes formées autour du Groenland.

Les auteurs ont cherché à corroborer ce résultat en examinant la concentration en carbone 14 (Le carbone 14 est un isotope radioactif du carbone, noté 14C.) (C) de l'eau de mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.). Le C est une forme instable du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) souvent utilisée pour la datation: moindre est le contenu en C d'une substance, plus elle est âgée. Dans l'océan, de faibles concentrations signalent ainsi des eaux dites vieilles, c'est-à-dire séparées de l'atmosphère depuis longtemps.

L'équipe a analysé les données historiques de C dans l'océan profond et découvert une relation claire entre la distribution du plancher océanique et les concentrations en C: les plus basses concentrations se trouvent précisément dans la couche de mi-profondeur des océans Pacifique et Indien dont l'isolement avait été anticipé.

Le lien fort identifié entre la forme du relief sous-marin et le mouvement des eaux profondes n'est pas une simple curiosité. Le rythme auquel - et les chemins par lesquels - l'océan profond est renouvelé détermine la quantité de chaleur, de carbone et de nutriments que cet immense volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) d'eau est capable de stocker. Une meilleure connaissance du parcours des eaux denses fournit donc de nouvelles contraintes pour quantifier le piégeage de dioxyde de carbone (Le dioxyde de carbone (appelé parfois, de façon impropre « gaz carbonique ») est un composé chimique composé d'un atome de...) et de chaleur dans les couches profondes de l'océan au cours des siècles à venir.

Ces résultats peuvent aussi aider à comprendre le rôle de l'océan dans les transitions climatiques passées. Puisque l'argument repose essentiellement sur la connaissance du relief, il est également applicable aux climats du passé, pourvu que les géologues disposent d'une cartographie suffisamment précise des profondeurs océaniques. C'est notamment le cas des dix derniers millions d'années au cours desquels le relief sous-marin était très proche de l'actuel. Pendant cette période, le climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui désigne l'étude...) terrestre, les propriétés des eaux denses et leurs sources ont connu d'importantes variations, mais le circuit de renouvellement de l'océan profond est resté contraint par le relief.

Note:
(1) Du Laboratoire d’océanographie et du climat: expérimentations et approches numériques (LOCEAN/IPSL, UPMC / CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / MNHN / IRD)


Référence publication:
Casimir de Lavergne, Gurvan Madec, Fabien Roquet, Ryan M. Holmes et Trevor J. McDougall. Abyssal ocean overturning shaped by seafloor distribution. Nature, 8 novembre 2017.

Contacts chercheurs:
- Casimir de Lavergne, LOCEAN/IPSL
- Gurvan Madec, LOCEAN/IPSL

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Source: CNRS-INSU
 
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