Thème général: L’exploration des océans – un défi pour les scientifiques?

Problématique: Dans quelle mesure les scientifiques du XXIe siècle réussissent-ils à perfectionner les techniques de recherche du monde sous-marin?

Thème de l’équipe: Les humeurs de l’océan – l’influence des courants océaniques sur le climat

Problématique:Comment mieux étudier les

comportements des océans afin de découvrir à temps les menaces et les

prévenir avant que l’avenir ne s’écoule devant nos yeux?

Plan du projetI. Les moteurs des courants océaniques

• La rotation de la Terre et la force de Coriolis• Les interactions entre l’océan et l’atmosphère• Les ondulations de la thermocline.

Convergences, divergences

II. Variations océaniques, variations climatiques• Les variations du système climatique• La variabilité interannuelle. Le phénomène El

Niño

• Les fluctuations décennales. Le NAO• Les évolutions à long terme du climat. La

circulation thermohaline• L’homme. L’océan et le gaz carbonique

III. Voir, observer, mesurer, modéliser pour comprendre et prévoir

• La modélisation – expérimentation et prévision• La modélisation de la dynamique océanique• L’observation « in situ » des océans

IV. Produit final – revue et interview avec M. Nicolae Panin (géophysicien à l’Institut GeoEcoMar)

La rotation de la Terre joue une rôle très important ,elle détermine le sens des courants au sens du ou oppose au sens du vents (dans les régions subpolaires ou équatoriales).

•L’océan bouge à cause de:L’océan bouge à cause de:▪ rayonnement solaire (effet de serre naturel);▪ attraction gravitationnelle entre Terre, Soleil et Lune.

http://chimistii-8-marceni.wikidot.com/cehan-vlad

Les forces océanographiquesLes forces océanographiques

• les forces primaires qui initient le mouvement (la gravité terrestre, le champ de pression interne et/ou externe, L’action du vent, la marée),

• les forces secondaires qui modifient le mouvement (la force de Coriolis, les forces de frottement internes, les forces de frottement externes).

http://en.wikipedia.org/wiki/Coriolis_effect

Les courantsLes courants La circulation thermohaline

http://www.windows2universe.org/earth/Water/circulation1.html

Courants chauds en surface– en rouge.Courants froids en profondeur - en bleu.

On distingue deux types de courants. :

•Les courants de surface.•Les courants profonds.

La spirale d’Ekman• Le courant de surface fait un

ongle de 45 avec la direction ⁰du vent

• Le déplacement moyen de l'eau est à 90° à droite du vent.

• Plus la profondeur est grade d’autant plus diminue la vitesse du courent

• A 100 m de profondeur l’eau se déplacera dans une direction oppose par rapport à celle de la surface

Sous l'effet du vent et de la déviation de Coriolis, le transport des eaux de surface provoque des phénomènes de divergences et de convergences

Convergences•L’anticyclone (dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord)•Les vents anticycloniques provoquent un mouvement descendent d’eau de mer:<<ventilation>>

http://www.ifremer.fr/lpo/cours/dynamique/diapos/sld018.htm

Divergences•Cyclones•Les vents cycloniques provoquent un mouvement ascendant d’eau:<<le pompage d’Ekman>>http://eduscol.education.fr/obter/appliped/ocean/theme/ocean41.htm

La formation des gyresLa formation des gyres

• La circulation générale se produit dans des grandes cellules

• Les gyres sont des grandes boucles d’eau en mouvement

• Il y a 5 gyres principaux(un dans chaque bassin océanique)

• En général il y a 4 courants en chaque gyre(à l’exception des gyres subpolaires)

Photo: http://www.surfcityvoice.org/2013/06/

:

Le vent est le principal moteur des courants de surfaces .

Dans la circulation atmosphérique générale on distingue trois cellules:

•La cellule de Hadley(anticyclones) La cellule de Hadley génère deux cellules autour de l’équateur. La zone convective ,appelée la Zone de Convergence Intertropicale (ITCZ) ou « Pot au noir » par les marins. , où de l’air montant rapidement se refroidit, provoquant des orages tropicaux et de fortes pluies.Les nuages de type cumulonimbus sont génères par les masses d'air humide soulevées par la convergence .

•La cellule de Ferrel (dépressions)•La cellule Polaire(dépressions)

Variations ocVariations océéaniques, variations aniques, variations climatiquesclimatiques

Le système climatique court sans cesse après un équilibre qu’ il ne peut jamais atteindre,

une poursuite rendue même plus difficile par les gaz à effet de serre.

Les agents dynamiques: l’atmosphère et l’océan

L’atmosphère L’océan

Temps très court de réponse aux perturbations

Reçoit une partie de son énergie de l'océan

Evolution très rapideImpossible de faire une

prévision météorologique au-déla de 15 jours à 3 semaines

Temps d’evolution plus longAmortit les variations climatiquesFournit une partie de son énergie

à l'atmosphère Les courants distribuent

l'autre partie au reste de la planète

Effets des perturbations ressentis des siècles plus tard

La portion d’océan à considérer dans une prévision climatique dépend de l’echelle de temps choisie

Le couplage océan-atmosphère dans le Pacifique Equatorial

La cellule de Walker

Branche ascendante (Indonesie)

Branche descendante (Perou, Chili)

Courant Equatorial Sud: les alizés entraînent des eaux chaudes → contraste avec les remontées froides

Différences de température entre les deux rives

Surélévation du niveau de la mer de 50 cm – 1 m

Ouest: grande réserve d’eaux chaudes →évaporation et condensation → cumulo-nimbus porteurs de précipitations.

Liée de la branche ascendante par un courant d’altitude de ouest en est

Eaux océaniques froidesPressions atmosphériques

élevées, air sec, précipitations très rares

Cycle terminé par les alizés qui soufflent d’est en ouest

*l’intensité de la cellule est proportionnelle avec le SOI (indice d’oscillation australe), donné par la différence de pression entre Tahiti et Darwin, Australie

Les variations interannuelles: l’ENSO (El Nino Southern Oscillaton)

El Nino (phase chaude) La Nina (phase froide)

Intensités faibles des alizés et du courant équatorial Sud

Les eaux chaudes de l’Indonesie s’écoulent vers l’est → pluies

A l’est les températures s’élèvent de 4 – 5/ C

La pente de l’océan se diminueSécheresse (Indonesie et

Australie), pluies abondantes (Perou), affaiblissement de la mousson indienne

Hivers doux et humides sur le nord-ouest de l’Amerique

Valeurs maximales de SOI (opposé d’El Nino)

Cellule de Walker et circulation océanique aux intensités maximales

Alizés vigoureusesConvection maximalePente de l’océan maximale

La Nina pousse le système à ses extrémités. El Nino le détruit...

Un nouvel acteur du climat: l’homme

L’océan et le gaz carbonique

Réjection anthropique de carbone: 7 GT/anL'océan est le plus grand réservoir naturel de carbone → 40000

GTL’équilibre du système chimique océanique dépend des

échanges de CO2 avec l’atmosphère

Ces échanges dépendent des concentrations relatives de l’atmosphère et de l’océan en gaz carbonique (pression partielle du gaz)

La solubilité du CO2 est inversement proportionnelle avec la température de l’océan

Scénarios et modèles scientifiques de l’évolution climatique pour le prochain siècle

Augmentation de la température moyenne → 1,4 – 5,8̊9 CElévation du niveau de la mer: 11 – 77cm Perturbations accentuées→ El Nino → précipitations voire

plus abondantes à Perou, sécheresse excessive en Indonésie

Augmentation de la NAO → hivers doux, humides et agités (Europe de l’Ouest)

Ralentissement de la circulation termohaline → paradoxe: augmentation globale de 3,8̊ – 7,49 C → blocage qui refrigèrerait l’Europe.

Ayant donnée l’augmentation de la température qu’on envisage à présent, le monde a de quoi s’inquiéter!

Voir, observer, mesurer, modéliser

pour comprendre et prévoir

la modélisation: expérimentation et prévision

La méthode classique: l’isolation du milieu originel (ou seulement un morceau)

= le mésocosme

Pourquoi ne pas l’utiliser?• Le danger pour les milieux naturels• L’impossibilité d’isoler la nature dans

un laboratoire

Alors, quoi faire?

On peut créer un modèle = une représentation du système dont on peut modifier les paramètres pour étudier leur impact

Comment fonctionnent-ils?

Les projections sont conçues après des expériences réalisées en imitant le milieu originel.

Le rapport prévision-réalité donne la validité du modèle.

Avantages• La validité du modèle peut être vérifiée

très vite (comme dans la météorologie)• La vitesse de correction des erreurs de

projection

Inconvénients• La limitation du pouvoir des ordinateurs• Dans le cas de El Niño, les prévisions

peuvent se tromper toujours à cause de son irrégularité

La modélisation de la dynamique océanique

L’équation Navier-Stokes est à la base de la modélisation; elle nécessite des calculs répétés.

l’équation Navier-Stokes

On doit:• savoir définir les forces et les interactions • rattacher à l’équation les spécificités du

milieu pour régler le modèle.

L’observation « in situ » des océans

1925 – 1927: L’Allemagne entreprit une série de voyages dans le sud de l’Atlantique, où elle a installé quelques stations de mesure.

Maintenant, des observations de température des premiers 500 mètres de l’océan sont réalisées régulièrement.

les outils d’hier… …et ceux d’aujourd’hui

• des bouteilles pour prélever d’eau• des thermomètres

• des sondes mesurant la température, la salinité, les sels nutritifs

En raison de El Niño, le programme TOGA (« Tropical Ocean and Global Atmosphere ») a été créé. Ainsi, on a construit un réseau d’observation du Pacifique:

• Des chaînes de mesure de la température• Des stations météorologiques • Des courantomètres et salinomètres

Il y a encore du progrès à faire!

• Le coût nécessaire pour un système complet d’observation est trop grand

• les résultats ne sont pas encore précis

Groupe de travail:•David Andrei Mircea•Panaitescu Otilia Violeta•Smeu Andreea Cristina

Professeurs coordonateurs:Ileana Patrichi – Professeur de PhysiqueFlorentina Manolache – Professeur de BiologieMariana Vișan – Professeur de FrançaisCecilia Popescu – Professeur de Français

Bibliographie• Voituriez, Bruno, « Les humeurs de l’océan – effets sur le climat et les

ressources vivantes »• http://roxana.ciberplai.net/clima/ccue09-bojariu.pdf• http://www.rapitori.ro/articole_arata.php?cat=1&id=26 • http://www.fizica.unibuc.ro/Fizica/Studenti/Cursuri/doc/VFilip/MEIM/

Efectul_de_sera_in_atmosfera_terestra.pdf • http://eduscol.education.fr/obter/appliped/ocean/theme/ocean41.htm• http://www.meteorologie.ro/modules.php?

name=Encyclopedia&op=content&tid=40• http://aeroclubul-iasi.ro/download/planorism/meteorologie.pdf• http://oceanclass.blogspot.ro/2008_08_01_archive.html• http://www.scribd.com/doc/55942428/Curentii-oceanici• http://carnetdecapture.info/articles/thermocline.htm• http://www.desprestiinta.ro/?p=69• http://ulm-cotedejade.pagesperso-orange.fr/FP17-Circ-Cyclonique-08.pdf