Océanographie physique

L'océanographie physique est l'étude de l'état et des processus physiques au sein de l'océan, principalement des mouvements et des propriétés des masses d'eau océaniques.

L'océanographie physique est une des cinq branches que compte l'océanographie, les quatre autres étant la biologie marine, l'océanographie chimique, la géologie marine et la météorologie marine.

Température globale observée en juillet 2010

Introduction

Matthew Maury, un des pionniers de l'océanographie a dit en 1855 : Notre planète est recouverte par deux immenses océans ; l'un visible, l'autre invisible ; l'un sous nos pied, l'autre au-dessus de notre tête ; l'un l'enveloppe entièrement, l'autre couvre environ les deux tiers de sa surface. Le rôle fondamental des océans dans le façonnement de la Terre est reconnu par les écologistes, les géologues, les géographes et tous ceux qui s'intéressent au monde physique. Le caractère unique de notre planète est en grande partie dû à la présence d'océans.

Environ 97% du volume d'eau sur la Terre se trouve dans les océans et ce sont ces mêmes océans qui constituent la principale source de vapeur d'eau pour l'atmosphère et par conséquent des précipitations sous forme de pluie ou de neige sur les continents (Pinet 1996, Hamblin 1998). D'autre part, l'énorme capacité calorifique des océans modère le climat de la planète, et l'absorption par l'océan de nombreux gaz affecte la composition de l'atmosphère. L'océan va jusqu'à modifier la composition des roches volcaniques au fond des océans, tout comme la composition des gaz et magmas créés dans les zones de subduction. Une Terre sans océan serait certainement méconnaissable.

Morphologie

Les océans sont bien plus profonds que les continents ne sont élevés. L'élévation moyenne des terres émergées de notre planète n'est que de 840 mètres, alors que la profondeur moyenne océanique est de 3 800 mètres. Malgré cette différence importante, les extrema comme les dorsales et les fosses sont rares aussi bien pour les fonds marins que pour les terres émergées.

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  Fosse de Puerto-Rico

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  Bathymétrie globale des océans

Les processus océaniques rapides

Les mouvements rapides sont largement dominés par les ondes de gravité, en particulier les vagues et la marée. Les vagues assurent en particulier le couplage^[Quoi ?] entre l'océan et l'atmosphère car elles déterminent (et sont aussi déterminées par) le "frottement" du vent à la surface de l'océan. D'autres ondes de gravité, les ondes internes, puisent leur énergie des ondes de surface et jouent aussi un rôle important, en particulier lors de leur déferlement dans les grandes profondeurs, ce qui entraîne un mélange partiel des eaux profondes et permet de maintenir la circulation océanique actuelle. Toutes ces ondes produisent des mouvements turbulents lors de leur déferlement ou bien à cause du frottement sur le fond. Les processus océaniques rapides peuvent être étudiés de façon dynamique ou énergétique.

Les processus océaniques lents

L'un des phénomènes lents le plus observé en océanographie est la circulation globale engendrée par le vent, la densité des masses d'eau ainsi que la bathymétrie. Cette circulation est aussi appelée circulation thermohaline car le contenu halin et thermique des masses d'eau influe fortement sur le contenu halin de l'eau, on trouve aussi le terme anglais MOC (Meridional Oceanic Circulation). Une des illustrations, bien connue du grand public, de la circulation thermohaline est le Gulf Stream.

Les outils de l'océanographie physique

Pour mesurer des tendances, des corrélations entre différents paramètres physiques, vérifier des théories, les océanographes disposent de plusieurs outils :

Les observations

Les observations in-situ ont été les premières sources d'information sur l'océan. Des instruments très divers ont été produits au cours de l'histoire de l'océanographie, actuellement parmi tout les appareils de mesure ont peut citer:

• des flotteurs dérivants (principalement des flotteurs AArgos, mais aussi PROVOR)^[1]
• des mesures de thermosalinographe embarquée à bord de navire de commerces, militaires ou océanographiques
• des XBT^[2] (Xpendable Bathythermograph) lancés en mer par les militaires surtout avant les années 2000.
• des animaux équipés de capteurs (salinité et température pour la plupart mais aussi accéléromètre ou oxygène). Parmi ces animaux il y a les éléphants de mer^[3] ou les phoques mais aussi des albatros, des manchots, des requins et bientôt des orques. Ils permettent d’acquérir des données dans des régions très inhospitalières (surtout l'Antarctique et les RAAF), à des coûts bien moins important que les bateaux océanographiques, durant des périodes longues et les résultats sont utilisables à la fois par les biologistes et les physiciens.
• des bouées ancrées à des positions définies (près des côtes, dans les estuaires mais aussi au large)
• des sondes CTD (Conductivity, Temperature, Depth) généralement réalisées lors de campagnes océanographiques^[4]
• des maréegraphes^[5]
• des gliders sous-marins[1]

Certaines de ces mesures sont financées par le projet européen MyOcean, et sont collectées par les DAC: - AOML (USA). - MEDS (Canada). - JMA (Japon). - CORIOLIS (France). - BODC (UK). - CSIRO (Australie) ... Toutes ces observations sont stockées dans des bases de données telle que Coriolis gérer par l'Ifremer^[6] ou le WOD^[7] de la NOAA. Les données sont consultables et téléchargeables via par exemple: Data selection Coriolis.

Les modèles

Les modèles d'océan sont des représentations mathématiques-informatiques de variables physiques tel que les courants, les vagues, les marées, les niveaux de l'océan, la température, la salinité,... Ils sont de plus en plus souvent couplés avec l'atmosphère et des modèles biochimiques. Ces modèles sont des outils faciles d'utilisation qui peuvent renseigner sur des zones géographiques où il y a peu d'observation mais ces modèles peuvent être loin de la réalité et seront toujours contraints par des observations par des forçages et ou de l'assimilation.

L'altimétrie

Des satellites comme ERS2 apportent d'autre informations sur la surface océanique comme la rugosité de l'eau (les vagues), la couleur de l'eau (turbidité), la hauteur des océans (Sea Surface Heigth), ou encore la salinité. Ces données altimétriques alimentent également des modèles d'océans et sont parfois croisées avec les données in-situ.

Les théories

De nombreuses théories issue de la dynamique des fluides ont été appliquée en océanographie pour expliquer des courants, des ondes, des circulations. Parmi les plus connues on peut citer celles de Sverdrup et de Ekman^[8] qui établissent des ponts entre océan et atmosphère.

Les laboratoires français

Abréviation	Nom du laboratoire	Localisation
LPO[9]	Laboratoire de physique des Océans	Brest, Plouzané Technopole
LOS[10]	Laboratoire d’océanographie spatiale	Brest, Plouzané Technopole
LOCEAN[11]	Laboratoire d’Océanographie et du Climat	Paris Institut Pierre Simon Laplace
LEGI[12]	Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels	Grenoble Domaine Universitaire
LEMAR[13]	Laboratoire des Sciences de l'Environnement Marin	IUEM Brest, Plouzané
LOV[14]	Laboratoire d’Océanographie de Villefranche	Villefranche
LEGOS[15]	Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales	Toulouse, Cotonou, Nouméa

Laboratoires et institutions internationaux

Abréviation	Nom de l'institution	Localisation
NODC	National Oceanographic Data Center	Silver Spring Maryland USA
CSIRO	Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation	Australie
WHOI	Woods Hole Oceanographic Institution	Wood Hole Massachusetts USA
BODC	British Oceanographic Data Center	Liverpool UK
AOML	Atlantic Oceanographic and Meteorological Laboratory	Miami Floride USA
KORDI	Korean Oceanographic Research and Development Institute	Corée
INCOIS	Indian National Center for Ocean Information Service	Hyderabad Inde
JMA	Japan Meteorological Agency	Tokyo Japon
CSIO	China Second Institute of Oceanography	Chine

Notes et références

1. ↑ http://www.coriolis.eu.org/Observing-the-ocean/The-latest-30-days-of-data/Argo-Data
2. ↑ http://www.aoml.noaa.gov/goos/uot/xbt-what-is.php
3. ↑ http://www2.cnrs.fr/presse/communique/1396.htm
4. ↑ http://www.whoi.edu/instruments/viewInstrument.do?id=1003
5. ↑ http://fr.wikipedia.org/wiki/Mar%C3%A9graphe
6. ↑ http://fr.wikipedia.org/wiki/Ifremer
7. ↑ http://www.nodc.noaa.gov/OC5/WOD09/readwod09.html
8. ↑ http://fr.wikipedia.org/wiki/Transport_d%27Ekman
9. ↑ http://wwz.ifremer.fr/lpo
10. ↑ http://www.ifremer.fr/droos/
11. ↑ https://www.locean-ipsl.upmc.fr/
12. ↑ http://www.legi.grenoble-inp.fr/
13. ↑ http://www-iuem.univ-brest.fr/UMR6539
14. ↑ http://www.obs-vlfr.fr/LOV/
15. ↑ http://www.legos.obs-mip.fr/

Liens externes

• Propriétés physiques du milieu marin - Un cours en ligne d'introduction à l'océanographie physique, Olivier Lecalvé, Institut des sciences de l'ingénieur de Toulon et du Var
• Définition de la circulation océanique globale par le CNRS