1. La dynamique de l'océan et ses échelles
La terre reçoit et absorbe une partie de l’énergie solaire, tandis qu’elle réémet vers l’espace de l’énergie avant tout sous forme de rayonnement infra rouge. Contrairement aux régions polaires, le bilan énergétique est positif dans les régions équatoriales : l’énergie solaire incidente est plus importante que l’énergie tellurique émise vers l’espace. D’une manière générale, les mouvements des fluides géophysiques (atmosphère et océan) ont pour rôle de transporter de la chaleur de l’équateur excédentaire vers les pôles déficitaires en énergie.
La dynamique des fluides géophysiques est gouvernée par les équations génériques de la dynamique des fluides, connues sous le nom de Navier Stockes, adaptées à certaines spécificités fondamentales des fluides géophysiques, associées par exemple à la rotation de la terre (repère tournant), à la faible épaisseur de l’atmosphère ou de l’océan par rapport au rayon terrestre (couches minces), etc… : ces équations modifiées sont connues sous le terme d’Equations Primitives.
Ces équations sont génériques pour les deux fluides (atmosphère et océan), la différence fondamentale provenant de leur densité très différente (facteur 1000 environ), ce qui a un impact sur les échelles des circulations associées. Le fait que l’atmosphère contienne de l’eau sous plusieurs formes (vapeur, liquide, glace) et que l’océan soit salé constitue l’autre différence importante entre ces deux milieux.
2. Océan et climat
L’océan joue un rôle prépondérant dans le climat de la terre. En effet, comme déjà indiqué, il transporte une part importante de la chaleur de l’équateur vers les pôles (approximativement la moitié, le complément étant dû à l’atmosphère).
L’eau a en outre une capacité calorifique très supérieure à celle de l’air (capacité à stocker de la chaleur par unité de masse lorsque la température varie). Cela implique que l’océan a une inertie thermique importante, i.e. qu’il garde en mémoire ces propriétés thermiques initiales plus longtemps que l’atmosphère.
Cette caractéristique explique en grande partie la différence de climat entre les zones côtières et les continents (ainsi qu’entre l’ouest et l’est des continents aux latitudes tempérées, où les vents dominants portent vers l’est) : pour les régions côtières, surtout à l’ouest des continents, l’influence océanique implique des conditions généralement plus douces sur l’année, avec des extrema saisonniers moins marqués.
Attention
Cette inertie thermique joue aussi un rôle fondamental dans l’intensité du changement climatique et dans la répartition de l’augmentation de température provoquée par l’activité humaine et l’augmentation des gaz à effet de serre.
L’atmosphère est présentée comme le responsable de la dynamique océanique : en effet, pour un océanographe, l’océan est mis en mouvement par l’action de l’atmosphère et l’influence que celui-ci exerce sur l’océan (par les flux de forçage qu’il produit vers l’océan).
En fait, les avancées des connaissances résultant de l’accumulation d’observations multiples sur des échelles de temps de plus en plus longues, et de la puissance sans cesse en évolution des ordinateurs ont rapidement mis en évidence que cette vision est extrêmement réductrice.
Exemple
L’exemple le plus frappant nous provient du phénomène de variabilité climatique interannuelle le plus spectaculaire, à savoir le phénomène El Niño.
Ce phénomène est connu du point de vue des océanographes comme l’apparition une à deux fois par décennies d’un courant d’eau chaude le long des côtes péruviennes à la fin de l’hiver, vers décembre – janvier.
En temps normal, les alizés chassent les eaux chaudes superficielles vers l’Australie et provoquent des remontées d’eaux froides des profondeurs, associées à une activité de pêche intense.
Un affaiblissement de ces vents entraîne l’invasion de ce réservoir d’eaux chaudes vers l’est et la modification profonde de la structure de cet upwelling : les ressources en pêche diminuent drastiquement, et les fortes précipitations associées à ce réservoir d’eau chaude perturbent dramatiquement le climat de l’Amérique Latine (avec symétriquement des sécheresses en Australie et Indonésie).
En fait, le couplage intense entre l’atmosphère et l’océan rend totalement inopérant une analyse de ce phénomène en terme de réaction de l’océan à un forçage atmosphérique (variabilité de l’intensité des alizés) étant donné que la circulation atmosphérique est elle-même fortement perturbée par l’état de l’océan lui-même.
En particulier, les phénomènes de convection (formation de cumulo-nimbus et fortes précipitations) liés à des échanges intenses de chaleur entre océan et atmosphère lorsque l’océan est suffisamment « chaud » (> 27°C), convection qui agit sur l’intensité et la direction des alizés, montrent que les deux milieux sont intimement couplés.
