LA MER EN MOUVEMENT : GRANDS COURANTS MARINS, ONDES MARINES ET LEURS IMPACTS

L’eau de mer est agitée par 2 types de mouvements INTRODUCTION L’eau de mer est agitée par 2 types de mouvements les grands courants marins : déplacements de masses d’eau importantes les mouvements ondulatoires : liés à des ondes = oscillations périodiques constituées d’une série régulière de crêtes et de creux qui affectent la surface de l’eau - les vagues : ondes de période très courte (qql secondes à minutes) les marées = ondes de période très longue (12 à 24 h) Définir Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

L’influence des propriétés physico-chimiques de l’eau de mer sur les courants 1.1. la composition chimique de l’eau de mer 1.2. les variations de salinité et de température 1.3. la notion de front hydrologique 2. Typologie des grands courants marins 2.1. Les courants de densité ou thermohalins 2.2. Les courants d’impulsion ou de vent 2.3. Les courants de décharge 3. Les ondes marines 3.1. les vagues 3.2. Les marées 3.3. Les courants côtiers liés aux ondes marines Bibliographie CARRE (F) – Les Océans. Ed. PUF, Que sais-je ? (pour les grands courants) PASKOFF (R) - Les littoraux. Impacts des aménagements sur leur évolution, Ed. Masson (chapitre 2, agents et processus d’évolution des littoraux) VANNEY (JR) – Géographie de l’océan global. Ed. Gordon and Breaches Dire qu’à chaque fois j’envisage les impacts sur les sociétés humaines

La composition chimique de l’eau de mer L’influence des propriétés physico-chmiques de l’eau de mer sur les courants La composition chimique de l’eau de mer Caractéristique principale de l’eau de mer : sa salinité = 35 /°° chiffre rapporté au volume total des océans (1370 millions de km3) = 48 millions de milliard de tonnes de sel soit 320 t/ m² d’océan dans un litre d’eau de mer : 96,2 % d’eau pure + 3,8 % d’autres substances, essentiellement des sels principaux composants de l’eau de mer ? Chlorures (de sodium, magnésium, calcium) sulfates et carbonates autres éléments divers : iode, fluor, bore, manganèse gaz dissous : 64% azote, 34% oxygène, 1,8% Co² (soit 60 fois > air) origine des sels ? sédiments apportés par les fleuves + émissions en provenance des dorsales conséquences salinité eau de mer ? Modifie certaines propriété de l’eau (densité, point de congélation essentiellement)

Les variations de température et de salinité Variations en surface eaux chaudes les plus salées (évaporation) mais pas superposition parfaite NOM SALINITE G/L Mer Baltique 07,00 Océan Antarctique 34,70 Océan Pacifique 35,00 Océan Indien 36,50 Océan Atlantique Mer Méditerranée 38,50 Mer Rouge 39,70 températures

Les variations de température et de salinité La salinité à 3 influences essentielles sur les propriétés de leau de mer la salinité augmente la densité de l’eau de mer résultat = elle abaisse le point de congélation de l’eau de mer = - 1,9° pour salinité de 35/°° elle influence le mécanisme de transformation de l’eau en glace

Les variations de température et de salinité Les contrastes de densité la densité eau de mer dépend à la fois de T° et S = densité d’autant + forte que T° basse et S élevée eaux les moins denses : eaux équatoriales eaux les plus denses : eaux des hautes latitudes

Conclusion : la notion de front hydrologique front hydrologique ? Affrontement de 2 masses d’eau de densité différente : l’eau + dense plonge vers le fond les différences de densité des masses d’eau = rôle fondamental dans le brassage des eaux océaniques zones de brassages = important renouvellement masses eau = beaucoup sels minéraux = fortes ressources halieutiques

Typologie des grands courants marins Les courants de densité ou thermohalins Les mécanismes des forces thermohalines forces thermohalines ? forces liées aux différences de température et de salinité des masses d’eau océaniques  courants de densité Mécanismes courants densité ? eau dense plonge sous moins dense 2 mécanismes de plongée : downwelling et cascading (sursalinisation) Cascading ? plongée très rapide qui se produit dans les zones polaires lors de la formation des banquises  expulsion du sel lors de la formation de la glace (sursalinisation)  formation d’eaux très salées et très froides  plongée très rapide vers le fond

Typologie des grands courants marins Les courants de densité ou thermohalins Cascading ? plongée très rapide qui se produit dans les zones polaires lors de la formation des banquises  expulsion du sel lors de la formation de la glace (sursalinisation)  formation d’eaux très salées et très froides  plongée très rapide vers le fond Système en boucle = tapis roulant océanique mondial Downwelling courants de surface courants de fond (densité)  remontée de ces courants de fond = upwelling courants de surface

Les courants de densité ou courants de fond ou thermohalins Ou ont lieu les mécanismes de plongée (downwelling, cascading ?) Dans les zones polaires Zones polaires = « laboratoires des eaux de fond des océans » Cascading ? plongée très rapide qui se produit dans les zones polaires lors de la formation des banquises  expulsion du sel lors de la formation de la glace (sursalinisation)  formation d’eaux très salées et très froides  plongée très rapide vers le fond

Les courants de densité ou thermohalins Schéma général de la circulation profonde D’après J.R. Vanney, 2002 Front polaire atlantique nord 1 sverdrup = 106 m3/s soit 10M m3/s Vitesses moyennes atlantique : < 0,1km/h (800 km/an) Vitesses pacifique : 0,06 km/h (500 km/an) Commenter carte en détaillant transferts atlantiques, circum-polaire, fronts, sverdrups, vitesses courants (lettres) : moins de 1km/h en atlantique soit 9000 km en 1 an environ mai seulement 0.06 dans le pacifique soit 15 fois moins (600 km par an seulement)

Les courants d’impulsion ou de vent = courants de surface Les moteurs : circulation atmosphérique et rotation de la terre Répartition grandes zones de pression à la surface de la terre Anticyclones (HP) et dépressions (BP) Vents Courants marins de surface (des milliers de km de long, des centaines de large)

Courants crées par westerlies Courants crées par alizés « boucles » de courants Courants crées par alizés Contre-courants équatoriaux compensation hydrologique dans zones sans vent (pot au noir)

Les courants de surface ou courants de vent Les principaux courants de surface Courants majeurs : longueur de plusieurs milliers de km, largeur plusieurs centaines de km, permanents Profondeur : 400 m maxi Vitesse : dépend V du vent à l’origine + viscosité de l’eau (eau froide + visqueuse donc déplacement moins rapide). 10 km/h maxi Distinguer courants chauds et courants froids Montrer influence du tracé des côtes dans tracé des courants Lister les courants les plus importants Terminer par Gulf Stream Deux grandes catégories de courants de vent courants chauds et courants froids

Les courants d’impulsion ou de vent Un courant chaud majeur Le Gulf stream Parler Gulf Stream et de son prolongement, la DNA Rôle majeur dans le climat de l’Europe occidentale (transferts de chaleurs de la ZIT vers les zones tempérées et polaires (prendre exemple climat des îles Lofoten) Rôle majeur aussi dans la circulation océanique globale car plongée des eaux du GS et de la DNA alimente la circulation TH            

Les courants d’impulsion ou de vent Une influence climatique majeure Aux latitudes moyennes, les oppositions de façade océanique Façades occidentales des continents aux latitudes tempérées courants chauds  climats adoucis (inverse façades orientales) Façades occidentales des continents aux latitudes sub-tropicales upwellings  climats rafraîchis et asséchés (inverse façades orientales) Opposition classique Bordeaux – Québec etc.

Exemple : influence du GS/DNA sur le climat de l’Europe occidentale Les courants d’impulsion ou de vent Exemple : influence du GS/DNA sur le climat de l’Europe occidentale

Les courants de compensation ou de décharge Le moteur : différence de bilan hydrologique de part et d’autre d’un détroit Le moteur : différence de bilan hydrologique de part et d’autre d’un détroit Bilan hydrologique ? Différence entre les apports et les pertes en eau Bilan hydrologique des trois grands océans d’après Le Calvé, 2002 Océan Précipitations (cm/an) Fleuves (cm/an) Evaporation (cm/an) Bilan (cm/an) Pacifique Atlantique Indien +133 + 89 +117 +7 +23 +8 -132 -124 -132 +8 -12 -7 Global +114 +12 -126

Les courants de compensation ou de décharge Exemple du courant de compensation du détroit de Gibraltar Distribution des masses d’eau dans le détroit de Gibraltar D’après Le Calvé, 2002 Eaux méditerranéennes Eaux atlantiques Commenter d’abord en plan (déviation par force de Coriolis) puis en coupe (stratification des masses d’eau car eau méditerranéenne plus dense car bcp + salée (38/°°)

Conclusion : le principe de la circulation océanique générale Principe de l’upwelling D’après Le Calvé, 2002 Exemple de l’upwelling Californien Conclusion : le principe de la circulation océanique générale Interactions entre circulation thermohaline et circulation de surface GIEC, 2003 Front arctique = plongée eaux du GS refroidies et très salées = cascading Durée du cycle : 500 à 1000 ans Upwelling = remontée des eaux de profondeur en surface Grand convoyeur Insister sur localisation des zones de plongée : principales sources d’alimentation = atlantique nord, eaux issues du GS INSISTER sur le pourquoi de la plongée des eaux du GS (très salées car ont subie intense ETP dans la ZIT + refroidies = plongent au contact de la banquise qui est bcp moins dense en raison phénomène d’expulsion du sel lors de sa formation) PAS de plongée dans le Pacifique Nord car contrastes de densité bcp moins forts Front antarctique = plongée eaux tempérées refroidies de l’hémisphère sud = cascading Upwelling = principales zones de ressources halieutique dans le monde

Les ondes marines 2 grands types d’ondes marines en fonction de leur période = temps qui s’écoule entre le passage de 2 crêtes ou 2 creux successifs en un point donné les vagues : ondes de période très courte (qql secondes à minutes) les marées = ondes de période très longue (12 à 24 h)

Vagues = ondes de surface liées au vent Les vagues Vagues = ondes de surface liées au vent les vagues en eau profonde cad avant qu’elles touchent le fond  pas déplacement horizontal de masses d’eau mais simple oscillation verticale de la surface de l’eau Vagues en eau profonde - les vagues à l’approche de la côte : quand elles commencent à toucher le fond  subissent des déformations qui vont entraîner un déplacement horizontal Vagues approche côte ATTENTION ! Ce n’est pas l’eau qui se déplace mais la déformation de la surface de l’eau Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Les vagues en eau profonde: la houle Fetch = distance et surface de la mer sur laquelle souffle le vent 3 grandes zones de fetch sur la terre - zones océaniques tempérées des 2 hémisphères (Westerlies) - nord de l’océan indien (vents de mousson) - les zones de cyclones : zones inter-tropicales entre 5° et 20° ATTENTION ! Une zone de fetch peut se déplacer (puisque le système A – D qui crée les vents se déplace), donc une zone de fetch peut « accompagner » les trains de houle Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Les vagues Vagues en eau profonde Aire de propagation des houles = correspond aux zones de propagation des vagues en dehors des zones de fetch Les vagues s’ordonnent de manière régulière = trains de houle Elles ont des caractéristiques qui sont toujours les mêmes Houle peut voyager sur des milliers de km en s’atténuant : exemple, houles qui atteignent les côtes des Landes, de Californie Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Les vagues à l’approche de la côte Quand vagues approchent de la côte, elles commencent à « sentir » le fond passage de vagues d’oscillation à vagues de translation commencent à subir déformations  déferlement Vagues changent de nature à partir du seuil critique Vagues d’oscillation (houle) = pas de déplacement horizontal de masse d’eau (c’est la déformation de la surface qui se déplace cad l’onde) Vagues de translation = déplacement horizontal de masse d’eau Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Les vagues P 3 types de déformations La réfraction R. Paskoff, 1998 origine = vagues freinées par le fond  se disposent // aux isobathes  concentration énergie au niveau des caps et dispersion au niveau des baies Isobathes = lignes d’égale profondeur Orthogonales = lignes d’égale énergie P Trains de houles BIEN expliquer le mécanisme du phénomène = disposition vagues // isobathes car car les déformations sont exactement proportionnelles à la profondeur (là où - profond, + de déformation et inversement) Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Quand les vagues abordent un obstacle de manière oblique La diffraction www.e-scio.net/ondes Quand les vagues abordent un obstacle de manière oblique contournent obstacle en changeant de direction - s’amortissent derrière l’obstacle Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

D’autant + forte que obstacle est vertical Les vagues La réflexion www.e-scio.net/ondes Réflexion = renvoi des vagues par des obstacles (naturels ou artificiels) D’autant + forte que obstacle est vertical Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Fonds en pente douce : ex, Bretagne Les vagues Le déferlement Fonds en pente douce : ex, Bretagne Fonds en pente + forte: ex, côte aquitaine Fonds en pente très forte : ex, Hawaï Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Les ondes marines Les marées Origine du phénomène Phénomène astronomique : attraction de la lune et du soleil www.futura-sciences.com Influence lune prédominante = 2.25 x supérieure celle du soleil

Les marées 2 cas de figure selon position terre par rapport lune et du soleil Syzygie  amplitude maximale  marées de vives-eaux + 14 jours Conjonction + 28 jours www.futura-sciences.com ATTENTION : MVE différent de marée haute ! (il y a une MH et une MB) Coefficients de marée importants Idem pour MME Opposition Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Les marées Quadrature  amplitude minimale  marées de mortes-eaux + 7 jours + 21 jours www.futura-sciences.com Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Les marées Comment se propage une onde de marée ? Propagation influencée par 2 facteurs : la configuration des bassins et la force de Coriolis www.ifremer.fr points amphidromiques Force de Coriolis dévie tous les mouvements d'eau dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, dans l'hémisphère nord et dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère sud (BIEN MONTRER SUR CARTE où l’on voit que les lignes co-tidales – les chiffres correspondent aux heures de MH s’organisent de manière inverse dans les 2 hémisphères) ) Ainsi, l'onde de marée est-elle déviée dans l'Atlantique nord dans le sens inverse des aiguilles d'une montre autour d'un point où la marée est nulle: le point amphidromique. Dans l'océan Pacifique et Indien il existe plusieurs points amphidromiques. Lignes co-tidales = lignes d’égal marnage Lignes co-tidales Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Variabilité spatio-temporelle du phénomène Les marées Variabilité spatio-temporelle du phénomène www.shom.fr Les différentes périodicités de la marée Dans tous les cas, il y a au minimum 2 marées par jour, mais la configuration des bassins océaniques favorise la constitution de marées semi-diurnes Le + répandu En fait, 4 grands types de marées selon leur périodicité Bien pointer sur chaque graphique les MH et MB pour montrer combien il y en a par jour Semi-diurne : rythme régulier avec 2 MH et 2 MB par 24h. Dominant dans OCEAN ATLANTIQUE Diurne : également rythme régulier mais avec 1 seule MH et MB par 24h. Dominant dans OCEAN PACIFIQUE Les 2 autres types sont moins répandus et irréguliers - semi-diurne à inégalité diurne : 2 MH et MB par 24h mais pas forcément de même amplitude. Certaines parties OCEANS INDIEN et PACIFIQUE - mixte : alternance entre des périodes diurnes et des périodes semi-diurnes. OCEAN INDIEN, Vietnam, Antilles, Alaska assez répandu Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Les marées Variabilité du phénomène dans l’espace 3 types de régime marégraphique A. Guilcher, 1979 micro-tidal = < 1 m méso-tidal = de 1 à 4 m macro-tidal = > 4 m Micro-tidal (0 à 1 m) : mer fermées et centre des océans (près des points amphidromiques) Méso-tidal (1 à 2 et 2 à 4 m) : côtes rectilignes avec PF continentale pas trop étendue (ex : Landes) Macro-tidal (> 4 m) : côtes précédées par une large PF continentale, fond de baie. En France, en Bretagne + Manche avec record dans baie du Mont Saint-Michel (17 m); record mondial = baie de Fundi, au Canada (20 m) Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Les courants côtiers liés aux ondes marines Les ondes marines Les courants côtiers liés aux ondes marines Courants côtiers liés à la marée = flot et jusant Courants côtiers liés aux vagues = dérive littorale et courants de retour

Les courants côtiers liés aux marées Les 2 composantes du phénomène de marée Le phénomène ondulatoire = oscillations verticales de la masse d’eau Estran = espace compris entre la mer la + basse et la mer la + haute Marnage = amplitude de la marée Les courants crées par l’onde = déplacements horizontaux de la masse d’eau : flot et jusant Le passage du Goix, dans l’île de Noirmoutier Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Les courants côtiers liés aux vagues Courants localisés prés des côtes et directement liés aux conditions de déferlement des vagues Rôle très important dans érosion, transport et accumulation de matériaux près des côtes 2 grands types de courants = dérive littorale et courants de retour

courant pour rétablir équilibre énergétique = La dérive littorale D’après R. Paskoff, 1998 + - - 20 m - 5 m - 15 m - 10 m isobathes courant pour rétablir équilibre énergétique = Long shore drifting IMPORTANT = malgré réfraction, trains de houle rarement parfaitement // au littoral = toujours un angle d’incidence + ou – fort d’OU Beach drifting = lié au va et vient des matériaux sur la plage lors du swash et du backswash Long shore drifting = // à plage, lié au frottement des vagues sur le fond lors du déferlement Bien expliquer mécanisme du LSD = on examine ce qui se passe entre les 2 endroits entourés par une ellipse - dans 1er endroit, train de houle atteint isobathe – 5 m AVANT 2 ème endroit - DONC, au même moment, + de frottement sur le fond donc + d’énergie libérée dans 1er endroit que dans 2ème d’OU courant induit pour rétablir l’équilibre entre les 2. se produit dans la zone de déferlement lié à l’angle d’incidence des vagues au rivage est composée de deux courants : beach drifting et long shore drifting Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand

Les courants de retour Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand R. Paskoff, 1998 Cours L2 Hydrologie marine Paul Durand