Océans et climat Eric Guilyardi

1. L’océan acteur majeur du climat 2. Les forces à l’œuvre 3. Observer l’océan 4. Modéliser le système terre 5. Le sel, élément fondamental

1. L’océan acteur majeur du climat 2. Les forces à l’œuvre 3. Observer l’océan 4. Modéliser le système terre 5. Le sel, élément fondamental

Rayonnement Infra-Rouge La machine terre Océan Atmosphère Équateur Une machine thermodynamique Bilan d’énergie Rayonnement Infra-Rouge Perte Soleil Gain

Transport de Chaleur A D Atmosphère Océan S N Eq. A+O O

L’océan, mémoire du climat Atmosphère Rapide (jour - 3 semaines) Peu de mémoire Chauffée par le bas Vent Chaleur Eau Chaleur Eau Océan Lent (saison - 1000 ans) Inertie thermique Chauffé par le haut Opaque

Les domaines de l’océan La circulation forcée par le vent: gyres et grands courants

Les domaines de l’océan Atlantique N Éq. S Masses d’eau de l’océan Atlantique Masses d’eau (T, Sel) Profondeur (km) Formation en surface Distribution horizontale et verticale S S Éq. T N Été Hiver Pole Éq. Océan de surface 100 m Océan profond Océan de surface = réceptacle des flux air-mer Température en moyenne « zonale »

...acteur des variations lentes du climat L’océan Gardien des équilibres... ...acteur des variations lentes du climat El Niño Réchauffement planétaire

El Niño, l’enfant terrible Situation normale Dérèglement du couple océan-atmosphère Situation El Niño Situation La Niña Hauteur de la mer Pacifique tropical

Le réchauffement climatique Evolution de la température globale Evolution du CO2 365 150 ans 450 000 ans Niveau des mers Carottage à Vostok, Antarctique

1. L’océan acteur majeur du climat 2. Les forces à l’œuvre 3. Observer l’océan 4. Modéliser le système terre 5. Le sel, élément fondamental

- + L’océan de surface gyres grands courants La circulation forcée par le vent gyres - + grands courants Forces de pression et de Coriolis Gradient de pression Gulf Stream Déviation de Coriolis Hémisphère Nord Hémis. Sud

La spirale et le transport d‘Ekman = effet intégré de la force de Coriolis

Les forces de flottabilité Les forces à l’oeuvre Archimède Atmosphère Refroidissement Evaporation Océan Eau plus salée Flottabilité d’équilibre Condensation Flottabilité d’équilibre Chauffage par le bas

Un «tapis roulant» global... La circulation thermohaline Un «tapis roulant» global... ...qui avance à 1 cm/sec !

1. L’océan acteur majeur du climat 2. Les forces à l’œuvre 3. Observer l’océan 4. Modéliser le système terre 5. Le sel, élément fondamental

Observer et mesurer l’océan entreprise titanesque coordination internationale campagnes en mer bouées fixes ou dérivantes réseaux temps réel satellites

Satellite Topex-Poseidon La hauteur de la mer au centimètre près... ...globalement... … tous les 10 jours !

Une vision modifiée « L’océan est un champ de tourbillons » Suivi d’El Niño Etat du Pacifique tropical en temps réel

Une vision modifiée Circulation profonde Hautes latitudes Wolrd Ocean Circulation Experiment

1. L’océan acteur majeur du climat 2. Les forces à l’œuvre 3. Observer l’océan 4. Modéliser le système terre 5. Le sel, élément fondamental

Modèles mathématiques de l’atmosphère et de l’océan Simuler le climat Modèles mathématiques de l’atmosphère et de l’océan Défis de la modélisation : processus « sous-maille » capacité des super-calculateurs couplages pluri-disciplinaires Continents Atmosphère Océan Physique Carbone Chimie NEC SX5 CNRS

Observer et simuler pour comprendre Et si on modifiait El Niño ? Sensibilité à la turbulence dans l’océan Couplage OPA (Paris) / Echam (Hambourg) Contrôle Anomalie de température Guilyardi, Madec et Terray (2001) Perturbation

+ = Observer et simuler pour prévoir Océanographie opérationnelle Hauteur de la mer prévue cette semaine Scénario de changement climatique Augmentation de température

1. L’océan acteur majeur du climat 2. Les forces à l’œuvre 3. Observer l’océan 4. Modéliser le système terre 5. Le sel, élément fondamental

La « salinité » de l’océan = concentration du sel (NaCl) dans l’eau de mer Se mesure en PSU* ~ ’pour mille ’ = o/oo par conductivité... ...ou avec un «salinomètre» Sels 35 g/kg Cl- Na+ *Practical Salinity Unit

D’où vient le sel de l’ océan ?’ Le moulin à sel des Nordiques Naufrage et amphores de sel gemme des Grecs anciens Lessivage des continents 3,6 Giga Tonnes de sel / an !!!

Comment est modifiée la salinité ? Salinité de surface Bilan d’eau douce entre : Les apports rivières précipitations fonte glace de mer Salinité en mer du Nord et Les retraits évaporation formation de glace de mer Rejet de sel

Le cycle de l’eau Premier grand cycle du climat Vital pour l’homme Mal connu, mal modélisé

Nous avons modifié le climat… …quel cycle de l’eau pour demain ?