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?

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

I. Les moteurs des courants océaniques Plan du projet I. 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

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

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

Les 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).

Les courants On distingue deux types de courants. : La circulation thermohaline Courants chauds en surface– en rouge. Courants froid s en profondeur - en bleu. On distingue deux types de courants. : Les courants de surface. Les courants profonds.

L’équation du mouvement Equilibre géostrophique Accélération d’eau dépend de: la force de pression, la force de Coriolis+les forces de frottement et gravité 𝑭 résultante= 𝑭 p+ 𝑭 f+ 𝑭 Coriolis+G(=m∙g) •Les forces de frottement ne sont importantes que près des frontières latérales ,de le fond ou la surface de l’océan •La gravité joue une rôle important seulement pour les mouvements verticaux Equilibre géostrophique 𝑭 résultante=0 et on a 𝑭 P=- 𝑭 Coriolis, cela veut dire que la force de pression et la force de Coriolis sont égaux en module, ont la même direction mais de sens oppose. •La friction n’existe pas parce qu’on est à l’intérieur de l’océan •La gravité n’existe pas parce qu’on n’a pas des mouvements verticaux Type equation here.

La spirale d’Ekman Le courant de surface fait un angle de 45⁰ avec la direction du 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

Convergences Divergences 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 Divergences Cyclones Les vents cycloniques provoquent un mouvement ascendant d’eau:<<le pompage d’Ekman>> 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>>

La 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 basin océanique) En général il y a 4 courants en chaque gyre(a l’exception des gyres subpolaires)

Variations océaniques, variations climatiques 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 Temps très court de réponse aux perturbations Reçoit une partie de son énergie de l'océan Evolution très rapide Impossible de faire une prévision météorologique au-déla de 15 jours à 3 semaines Temps d’evolution plus long Amortit les variations climatiques Fournit 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

Branche descendante (Perou, Chili) Branche ascendante (Indonesie) Le couplage océan-atmosphère dans le Pacifique Equatorial La cellule de Walker Branche descendante (Perou, Chili) Branche ascendante (Indonesie) 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 froides Pressions 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) Valeurs maximales de SOI (opposé d’El Nino) Cellule de Walker et circulation océanique aux intensités maximales Alizés vigoureuses Convection maximale Pente de l’océan maximale La Nina pousse le système à ses extrémités. El Nino le détruit... 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 – 5̊ C La pente de l’océan se diminue Sécheresse (Indonesie et Australie), pluies abondantes (Perou), affaiblissement de la mousson indienne Hivers doux et humides sur le nord-ouest de l’Amerique

Un nouvel acteur du climat: l’homme L’océan et le gaz carbonique Réjection anthropique de carbone: 7 GT/an L'océan est le plus grand réservoir naturel de carbone → 40000 GT L’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 – 5,8̊ C Elévation 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 3,8 – 7,4̊ 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

Comment fonctionnent-ils? 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 Inconvénients 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

Il y a encore du progrès à faire! 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

Interview avec le géophysicien Nicolae Panin Produit final Interview avec le géophysicien Nicolae Panin En ce qui concerne l’augmentation de la quantité de gaz carbonique dans l’océan planétaire, quels effets envisagez-vous pour ce phénomène? De nos jours, on parle du réchauffement global. Quand même, les spécialistes envisagent un refroidissement de l’Europe. Comment expliquez-vous ce phénomène?

Selon vous, combien de confiance peut-on faire aux techniques de modélisation et simulation dans les prévisions climatiques à long terme? Ayant donné le fait que l’océan réagit très lentement aux perturbations, croyez-vous que si on arrêtait tout émission de gaz carbonique, cela aurait le pouvoir d’annuler les effets négatives? En ce qui vous concerne, quelle est la plus efficace méthode de prévision et prévention des menaces que les changements subis par l’océan imposent au climat terrestre?

Professeurs coordonateurs: Groupe de travail: David Andrei Mircea Panaitescu Otilia Violeta Smeu Andreea Cristina Professeurs coordonateurs: Ileana Patrichi – Professeur de Physique Florentina Manolache – Professeur de Biologie Mariana Vișan – Professeur de Français Cecilia Popescu – Professeur de Français