Le circuit 3D des masses d'eau en Méditerranée

Publié par Redbran le 07/10/2020 à 13:00
Source: CNRS INSU
Parce que les courants déterminent la distribution de la chaleur, du sel, de l'oxygène, des éléments nutritifs ainsi que des larves, comprendre le circuit 3D des masses d'eau s'avère crucial à plus d'un titre. La Méditerranée, qui fonctionne comme un modèle réduit d'océan (Un océan est souvent défini, en géographie, comme une vaste étendue d'eau salée. En fait, il s'agit plutôt d'un volume, dont l'eau est en permanence renouvelée par des courants marins....), peut nous apprendre beaucoup.


Schéma simplifié du circuit 3D des masses d'eau en Méditerranée. L'eau de 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 avec sa mesure, sa...) d'origine atlantique est figurée en jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même couleur :), les eaux intermédiaires formées dans le Bassin Oriental en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante est axée sur cette...), et les eaux profondes résultant de la convection (La convection est un mode de transfert d'énergie qui implique un déplacement de matière dans le milieu, par opposition à la conduction thermique ou diffusion de la...) en bleus (en pointillés dans le Bassin Oriental car plus épisodiques).
© Conception scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.): Isabelle Taupier-Letage, Conception graphique: Loïc Gosset

La circulation thermohaline (La circulation thermohaline est la circulation permanente à grande échelle de l'eau des océans engendrée par des écarts de température et de salinité des masses d'eau. La salinité et la température ont un impact sur la densité de...) est la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) océanique engendrée par les différences de densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau...) de l'eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.), provenant des écarts de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) et de salinité des masses d'eau: sous l'effet des interactions avec l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), notamment, l'eau qui est en surface peut devenir plus dense et plonger à des niveaux intermédiaires, voire jusqu'au fond.

En raison de son 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...), la Méditerranée perd plus d'eau par évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente de l'ébullition qui est une transition rapide. C'est un changement...) qu'elle n'en reçoit par les précipitations et les fleuves. Sans le fort apport de l'océan, via le détroit de Gibraltar (où il rentre 1 million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un (1 000 001). Il...) de m3 d'eau par seconde), le niveau de la Méditerranée baisserait de 0.5 à 1 m par an. On estime à 100 ans en moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous...) la période entre le moment où l'eau entre, en surface, à Gibraltar puis y ressort, en profondeur, transformée en eau méditerranéenne par convection (voir figure).

En raison de cette forte évaporation, l'eau résidente en Méditerranée est plus salée, et donc plus dense que celle de l'Atlantique. L'eau Atlantique rentrée le plus récemment reste donc au-dessus, ce qui détermine les courants de surface en Méditerranée. Puis elle se propage vers l'est dans les parties sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.), et revient enfin vers l'ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).) dans les parties nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.), décrivant dans chaque bassin un circuit général dans le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement,...) antihoraire.

Pendant les hivers rudes, les vents continentaux froids et secs refroidissent l'eau de surface dans les parties nord et accroissent sa salinité par évaporation et par mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de...) avec les eaux intermédiaires salées: sa densité augmente et l'eau coule alors littéralement sur le fond, avec une spécificité méditerranéenne: entre ~200m et 3000m de fond la température ne chute pas en deçà de ~13°C. Autre conséquence, l'eau profonde est très oxygénée, permettant une vie (La vie est le nom donné :) foisonnante au fond de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.). Les polluants (y compris atmosphériques) y sont malheureusement également très bien transférés. Heureusement ce mélange profond remet des éléments nutritifs dans la couche de surface, préparant ainsi le printemps (Le printemps (du latin primus, premier, et tempus, temps, cette saison marquant autrefois le début de l'année) est l'une des quatre saisons des zones tempérées, précédant l'été et suivant...) (floraison du phytoplancton).

Les campagnes en période hivernale représentent un défi qui a longtemps freiné les recherches sur la formation d'eau profonde, un moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail à partir d'une énergie...) de la circulation en trois dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son...). Pendant l'hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) 2012-2013, la synergie du programme MISTRALS a permis la réalisation d'une "super-campagne" dans le golfe (Un golfe (italien golfo, grec kolpos, pli) est une partie de mer avancée dans les terres, en général selon une large courbure.) du Lion (Le lion (Panthera leo) est un mammifère carnivore de la famille des félidés du genre Panthera (félins). Il est surnommé « le roi des...). Non seulement des mouillages, des bouées météo, des navires océanographiques1 et des avions de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances...) ont été déployés, mais aussi des plateformes autonomes issues des derniers développements technologiques pour fournir l'extension dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et dans l'espace en temps quasi-réel: bouées dérivant avec le courant de surface, flotteurs-profileurs (ARGO), planeurs sous-marins ("gliders"), capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une aiguille…. On fait...) installés sur un navire de commerce (Un navire de commerce est un navire ou un bateau conçu pour être utilisé utilisé à des fins commerciales. On distingue trois grandes catégories parmi ces navires :), et enfin profileurs de vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur...) installés à 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...). Les prévisions météorologiques et océanographiques, avec l'assimilation des observations in situ et satellitaires, permettaient enfin d'alerter sur les épisodes de mistral, de déployer dans les zones à échantillonner d'autres outils complémentaires comme les ballons pressurisés, des radiosondages, un avion (Un avion, selon la définition officielle de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), est un aéronef plus lourd que l'air, entraîné par un organe moteur (dans le cas d'un engin sans moteur, on parlera de...) et un navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu pour naviguer au-delà de la limite où cessent de s'appliquer les règlements techniques de...) dédié. Ainsi notre compréhension de la formation d'eau profonde méditerranéenne et de ses impacts a beaucoup progressé ces dernières années.

Auteure:
Isabelle Taupier-Letage2.

En savoir plus:
CoppolaL., L. Prieur, I. Taupier-Letage, C. Estournel, P. Testor, D. Lefevre, S. Belamari, S. LeReste and V. Taillandier (2017). Observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très...) of oxygen ventilation into deep waters through targeted deployment of multiple Argo‐O2 floats in the north‐western Mediterranean Sea in 2013. J. Geophys. Res., 2017; 122(8):6325-6341.
DOI: https://doi.org/10.1002/2016JC012594

Estournel C., P. Testor, I. Taupier-Letage, MN. Bouin, L. Coppola, P. Durand, P. Conan, A. Bosse, PE. Brilouet, L. Beguery, S. Belamari, K. Béranger, J. Beuvier, D. Bourras, G. Canut, A.Doerenbecher, X. Durrieu de Madron, F.D'Ortenzio, P. Drobinski, V. Ducrocq, N. Fourrié, H. Giordani, L. Houpert, L. Labatut, C. Lebeaupin Brossier, M. Nuret, L. Prieur, O. Roussot, L. Seyfried, S. Somot (2016). HyMeX-SOP2, the field campaign dedicated to dense water formation in the north-western Mediterranean. Oceanography, 29(4): 196-206.
DOI: https://doi.org/10.5670/oceanog.2016.94.

Testor P., A. Bosse, L. Houpert, F. Margirier, L. Mortier, H. Lego, D. Dausse, M. Labaste, J. Karstensen, D. Hayes, A. Olita, E. Heslop, F. D'Ortenzio, N. Mayot, H. Lavigne, O. de Fommervault, L. Coppola, L. Prieur, V. Taillandier, X. Durrieu de Madron, F. Bourrin, G. Many, P. Damien, C. Estournel, P. Marsaleix, I. Taupier-Letage, P. Raimbault, R. Waldman, M.-N. Bouin, H. Giordani, G. Caniaux, S. Somot,, V. Ducrocq, P. Conan (2018). Multiscale observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) of deep convection in the northwestern Mediterranean Sea during winter 2012-2013 using multiple platforms. J. Geophys. Res. Oceans, 123, 1745-1776. https://doi.org/10.1002/2016JC012671

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Notes:
(1) Les navires océanographiques étant alloués selon un calendrier (Un calendrier est un système de repérage des dates en fonction du temps. Ces systèmes ont été inventés par les hommes pour mesurer, diviser et...) fixé un à deux ans à l'avance, un navire a été affrété pour pouvoir échantillonner sur alerte (coup de mistral).
(2) 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).), Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Méditerranéen d'Océanologie (AMU, CNRS, IRD, UTLN, UM110)
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