(C) The Conversation This story was originally published by The Conversation and is unaltered. . . . . . . . . . . Comprendre les ondes océaniques pour mieux prévoir l’évolution du climat [1] ['Cécile Le Dizes', 'Matthieu Mercier', 'Nicolas Grisouard', 'Olivier Thual'] Date: 2024-10-09 15:31:17+00:00 L’eau des océans est continuellement mélangée par des mouvements de très grande amplitude. Ces déplacements jouent un rôle crucial dans l’évolution climatique de notre planète, c’est pourquoi ils doivent être mieux compris pour les faire entrer dans nos modèles climatiques. Une des images qui nous traverse l’esprit en pensant à l’océan est celle de vagues, qui viennent s’écraser sur le rivage. Pourtant, l’activité océanique ne se limite pas à sa surface. En profondeur, des mouvements de grande amplitude se produisent, souvent bien plus difficiles à détecter. Parmi ces mouvements, notre équipe s’intéresse en particulier aux ondes internes. Ces ondes se propagent au sein des océans sur des milliers de kilomètres. Elles sont caractérisées par des mouvements verticaux importants, avec des vagues pouvant atteindre une centaine de mètres de haut par rapport au plancher océanique. L’intérêt des scientifiques pour ces ondes est dû à leur rôle important dans la dynamique des océans, influençant ainsi la prévision de l’évolution climatique à l’échelle globale. Leur modélisation reste un enjeu d’amélioration pour les modèles climatiques. Les ondes internes générées par la marée L’océan présente des variations de température et de salinité, et donc des variations de densité en fonction de la profondeur. On dit que l’océan est stratifié. L’eau au fond des océans, plus dense, est en général plus froide et salée que l’eau de surface, moins dense car plus chaude et/ou douce. L’océan présente donc des « couches » dont la densité augmente avec la profondeur, c’est la situation d’équilibre pour un océan « au repos ». Lorsque cet état est perturbé, et que les couches de densité sont déplacées verticalement, des ondes internes sont générées. Ces perturbations peuvent être induites par le vent en surface, par des courants de surface tels que le Gulf Stream, mais également par les courants de marée lorsqu’ils rencontrent des reliefs sous-marins. Notre travail cherche à expliquer les mécanismes de génération d’ondes internes par interaction de la marée avec des reliefs sous-marins, appelés marée interne. Une fois générées, ces ondes se propagent verticalement et horizontalement, participant ainsi au transport d’énergie. Elles jouent également un rôle sur les écosystèmes marins, en influençant le transport de nutriments et sédiments. Ondes internes et dynamique océanique Les ondes internes océaniques jouent un rôle important dans l’équilibre énergétique des océans. Elles transportent l’énergie de la marée et du vent à travers l’océan profond, où elle est finalement dissipée. On estime que 20 à 30 % de l’énergie des marées sur Terre est convertie en ondes internes dans les océans profonds. Cela représente un transfert énergétique de l’ordre de 1 térawatt (TW), une puissance comparable aux capacités électriques installées aux États-Unis ou dans toute l’Europe par exemple. Cette énergie transmise aux ondes va être dissipée par différents processus. Elles peuvent interagir avec les courants sous-marins, d’autres ondes ou d’autres topographies. Et ces interactions peuvent entraîner le déferlement des ondes internes d’une façon similaire aux vagues de surface, créant ainsi de la turbulence qui va mélanger les océans en profondeur. D’après MacKinnon et coll., 2017 , Fourni par l'auteur En causant ce mélange, les marées internes permettent aux eaux froides et salées au fond des océans de progressivement se combiner avec les eaux chaudes et douces plus proches de la surface, créant des masses d’eau aux propriétés intermédiaires. Ceci constitue un élément essentiel de la circulation globale océanique, qui elle-même joue un rôle capital en tant que régulateur thermique pour le système climatique terrestre, ainsi que pour le transport et le stockage de carbone. Aujourd’hui, ce mélange est difficile à représenter dans les modèles climatiques, ce qui peut induire des erreurs dans nos prédictions. Il est donc important de comprendre les ondes internes et en particulier comment elles contribuent au mélange océanique. Les enjeux de modélisation pour le climat Ce qui rend la modélisation du climat si difficile est le large éventail d’échelles spatio-temporelles : les courants océaniques à grande échelle comme le Gulf Stream s’étendent à l’échelle des bassins océaniques et varient sur des temps très longs (décennies), alors que le mélange a lieu à l’échelle millimétrique sur des échelles de temps courts (inférieures à quelques minutes). En pratique, la plus petite échelle pouvant être représentée dans les modèles climatiques correspond à la taille des cellules de la grille ou « mailles » qui couvre la surface de la Terre. Cette échelle est de l’ordre d’une dizaine de kilomètres pour les capacités de calcul actuelles. Pour prendre en compte ce qui se passe à des échelles inférieures, les climatologues utilisent ce qu’on appelle des paramétrisations, basées sur des observations ou des théories, qui introduisent l’effet supposé des petites échelles sur les grandes échelles. Dans le cas des ondes internes, les différentes paramétrisations du mélange induit sont principalement basées sur l’estimation de la quantité d’énergie transmise par la marée aux ondes. Cette estimation s’appuie en général sur une hypothèse de reliefs de petites tailles et relativement plats, ce qui permet d’exprimer une solution comme une formule mathématique que l’on sait calculer. Toutefois, dans l’océan, les lieux de génération des ondes internes les plus intenses correspondent en général à des reliefs à la fois grands et avec une pente importante, où cette hypothèse n’est plus valable. C’est le cas notamment au niveau des talus continentaux (les zones de transition entre l’océan profond et les plateaux continentaux proches des côtes) – comme dans le golfe de Gascogne – ou au niveau des archipels – comme l’archipel d’Hawaï. Pour ces exemples, les reliefs varient sur 2 à 4 km de profondeur, avec des angles de pente de 2 à 7 degrés. Vers des paramétrisations plus réalistes Quelques modèles mathématiques ont été développés pour calculer le taux d’énergie transmis par la marée aux ondes dans le cas de reliefs de plus forte pente, mais ceux-ci font en général l’hypothèse de reliefs à deux dimensions. Notre travail de recherche se concentre sur l’extension des modèles existants à des reliefs tridimensionnels sans limitation sur leur taille et leur pente, permettant ainsi une meilleure estimation de l’énergie transmise par la marée aux ondes internes. La première étape a consisté en la formulation d’une solution analytique (c’est-à-dire sous forme d’équations) du problème de génération d’ondes internes par un relief isolé de forme simple, dans le cas d’un océan à fond plat et avec une stratification simplifié (gradient constant de densité). L’aboutissement de nombreux développements mathématiques, et de leur transposition en calculs numériques, a été réalisé par la mise en place d’un outil numérique dans le cadre de mon travail de thèse, encadrée par Nicolas Grisouard et Matthieu Mercier. L’avantage principal de l’outil développé est de proposer une solution à un problème complexe pour un coût numérique raisonnable, nous permettant ainsi de faire varier un large éventail de paramètres et d’étudier l’influence de la taille, la pente mais également la forme de la topographie, sur le champ d’ondes générées Une illustration de la solution de notre calcul est présentée dans la figure ci-dessous. Cécile Le Dizes , Fourni par l'auteur Notre outil nous a ainsi permis de mettre en évidence les mécanismes qui contrôlent l’orientation de la marée interne qui se propage depuis le relief vers le large. Cette orientation est pilotée par la forme du relief, l’orientation de la marée mais également par la latitude du relief qui module l’intensité de la force de Coriolis, due à la rotation de la Terre (une influence encore récemment inconnue). Les travaux en cours vont continuer à améliorer notre modèle pour l’appliquer à des configurations océaniques réalistes tant au niveau de la nature de la marée que des propriétés océaniques. Nous pourrons alors réaliser des comparaisons directes avec des mesures océaniques ou des observations issues d’altimétrie satellite. Cet article est publié dans le cadre de la Fête de la science (qui a lieu du 4 au 14 octobre 2024), et dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle édition porte sur la thématique « océan de savoirs ». Retrouvez tous les événements de votre région sur le site Fetedelascience.fr. [END] --- [1] Url: https://theconversation.com/comprendre-les-ondes-oceaniques-pour-mieux-prevoir-levolution-du-climat-240030 Published and (C) by The Conversation Content appears here under this condition or license: Creative Commons CC BY-ND 4.0. via Magical.Fish Gopher News Feeds: gopher://magical.fish/1/feeds/news/theconversation/