CM Hydro marine P Durand 2010-2011 LA MER EN MOUVEMENT : GRANDS COURANTS MARINS, ONDES MARINES ET LEURS IMPACTS.

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1 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 LA MER EN MOUVEMENT : GRANDS COURANTS MARINS, ONDES MARINES ET LEURS IMPACTS

2 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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)

3 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 1.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

4 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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)

5 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Variations en surface salinité températures  eaux chaudes les plus salées (évaporation)  mais pas superposition parfaite NOMSALINITE G/L Mer Baltique 07,00 Océan Antarctique34,70 Océan Pacifique35,00 Océan Indien36,50 Océan Atlantique36,50 Mer Méditerranée38,50 Mer Rouge39,70 Les variations de température et de salinité

6 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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

7 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Les contrastes de densité  eaux les moins denses : eaux équatoriales  eaux les plus denses : eaux des hautes latitudes Les variations de température et de salinité  la densité eau de mer dépend à la fois de T° et S = densité d’autant + forte que T° basse et S élevée

8 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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

9 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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) Typologie des grands courants marins Les courants de densité ou thermohalins

10 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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 Typologie des grands courants marins Les courants de densité ou thermohalins

11 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Dans les zones polaires Zones polaires = « laboratoires des eaux de fond des océans » Les courants de densité ou courants de fond ou thermohalins Ou ont lieu les mécanismes de plongée (downwelling, cascading ?)

12 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 D’après J.R. Vanney, 2002 1 sverdrup = 10 6 m 3 /s soit 10M m 3 /s Vitesses moyennes atlantique : < 0,1km/h (800 km/an) Vitesses pacifique : 0,06 km/h (500 km/an) Front polaire atlantique nord Schéma général de la circulation profonde Les courants de densité ou thermohalins

13 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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) Les moteurs : circulation atmosphérique et rotation de la terre Les courants d’impulsion ou de vent = courants de surface

14 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Courants crées par alizés Courants crées par westerlies Contre-courants équatoriaux compensation hydrologique dans zones sans vent (pot au noir) « boucles » de courants

15 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Les courants de surface ou courants de vent Les principaux courants de surface Deux grandes catégories de courants de vent courants chauds et courants froids

16 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Un courant chaud majeur Le Gulf stream Les courants d’impulsion ou de vent

17 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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) Les courants d’impulsion ou de vent Une influence climatique majeure

18 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Exemple : influence du GS/DNA sur le climat de l ’ Europe occidentale Les courants d’impulsion ou de vent

19 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Le moteur : différence de bilan hydrologique de part et d’autre d’un détroit 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+12-1260  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 Les courants de compensation ou de décharge

20 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Exemple du courant de compensation du détroit de Gibraltar Eaux méditerranéennes Eaux atlantiques Distribution des masses d’eau dans le détroit de Gibraltar D’après Le Calvé, 2002 Les courants de compensation ou de décharge

21 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Conclusion : le principe de la circulation océanique générale Interactions entre circulation thermohaline et circulation de surface GIEC, 2003 Grand convoyeur Front arctique = plongée eaux du GS refroidies et très salées = cascading Front antarctique = plongée eaux tempérées refroidies de l’hémisphère sud = cascading Durée du cycle : 500 à 1000 ans Upwelling = remontée des eaux de profondeur en surface Principe de l’upwelling D’après Le Calvé, 2002 Exemple de l’upwelling Californien D’après Le Calvé, 2002 Upwelling = principales zones de ressources halieutique dans le monde

22 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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)

23 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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 Les vagues

24 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Les vagues en eau profonde: la houle Vagues en eau profonde 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° Les vagues

25 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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 Les vagues

26 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Les vagues à l’approche de la côte 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 Les vagues

27 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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 La réfraction 3 types de déformations Isobathes = lignes d’égale profondeur Trains de houles Orthogonales = lignes d’égale énergie P Les vagues

28 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 La diffraction Quand les vagues abordent un obstacle de manière oblique - contournent obstacle en changeant de direction - s’amortissent derrière l’obstacle www.e-scio.net/ondes Les vagues

29 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 La réflexion Réflexion = renvoi des vagues par des obstacles (naturels ou artificiels) D’autant + forte que obstacle est vertical www.e-scio.net/ondes Les vagues

30 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Le déferlement Fonds en pente douce : ex, Bretagne Fonds en pente + forte: ex, côte aquitaine Fonds en pente très forte : ex, Hawaï Les vagues

31 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Les ondes marines Les marées Origine du phénomène Phénomène astronomique : attraction de la lune et du soleil Influence lune prédominante = 2.25 x supérieure celle du soleil www.futura-sciences.com

32 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 2 cas de figure selon position terre par rapport lune et du soleil Conjonction Syzygie  amplitude maximale  marées de vives-eaux Opposition + 14 jours + 28 jours www.futura-sciences.com Les marées

33 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Quadrature  amplitude minimale  marées de mortes-eaux + 7 jours + 21 jours www.futura-sciences.com Les marées

34 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 www.ifremer.fr Comment se propage une onde de marée ? Propagation influencée par 2 facteurs : la configuration des bassins et la force de Coriolis points amphidromiques Lignes co-tidales Les marées

35 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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 www.shom.fr Variabilité spatio-temporelle du phénomène Les différentes périodicités de la marée Le + répandu assez répandu Les marées

36 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 A. Guilcher, 1979 Variabilité du phénomène dans l’espace 3 types de régime marégraphique micro-tidal = < 1 m méso-tidal = de 1 à 4 m macro-tidal = > 4 m Les marées

37 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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

38 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Les 2 composantes du phénomène de marée Le phénomène ondulatoire = oscillations verticales de la masse d’eau Les courants crées par l’onde = déplacements horizontaux de la masse d’eau : flot et jusant Estran = espace compris entre la mer la + basse et la mer la + haute Marnage = amplitude de la marée Le passage du Goix, dans l’île de Noirmoutier Les courants côtiers liés aux marées

39 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 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

40 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 D’après R. Paskoff, 1998 La dérive littorale  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 isobathes - 20 m - 5 m - 15 m - 10 m + - courant pour rétablir équilibre énergétique = Long shore drifting

41 CM Hydro marine P Durand 2010-2011 Les courants de retour R. Paskoff, 1998