Courants

Description Description

Les courants marins sont les moteurs des océans : en surface ou en profondeur, ils animent les océans, rééquilibrent le bilan thermique de la Terre (en transportant la chaleur de l'équateur vers les pôles) et redistribuent les éléments nutritifs. En ce sens, les courants sont des acteurs majeurs du climat.

Les courants ne circulent pas au hasard ; ils obéissent à des lois physiques qui les contraignent à tourner dans un sens ou dans l'autre, à plonger en profondeur ou à remonter en surface. Les causes génératrices des courants sont nombreuses : forces de friction générées par l'action du vent à la surface de l'eau, force de Coriolis due à la rotation de la Terre, forces d'attraction générées par les astres, différence de chaleur ou de salinité entre deux masses d'eau, ...

Les courants de surface, ressentis jusqu'à environ 800 m de profondeur, sont principalement engendrés par les forces de friction des vents à la surface de l'océan. Sous l'action de la rotation de la Terre, la force de Coriolis dévie ces masses d'eau dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord (et dans le sens inverse dans l'hémisphère sud). Des grands courants circulaires sont ainsi formés; ils traversent un bassin océanique, s'étirent en long méandres, s'accumulent vers la bordure ouest des océans (de l'hémisphère nord), transportent chaleur et humidité et radoucissent les climats rigoureux. C'est le cas des courants chauds du Gulf Stream dans l'océan Atlantique nord, du Kuroshio dans l'océan Pacifique nord, du courant du Brésil, des Aiguilles ... Un autre courant de surface, qui ne connaît ni entrave, ni obstacle, se voit animé par des vents violents et dévié vers l'est par cette même force de rotation de la Terre : le courant circumpolaire autour de l'Antarctique.

Les courants de profondeur ne sont plus générés par les vents, mais mis en mouvement par des différences de températures et/ou de salinité entre les différentes couches de l'océan. Evaporation, précipitation, apport d'eaux continentales, formation de la banquise... sont autant d'évènements capables de modifier les caractéristiques thermohalines de l'eau de mer. Une forte évaporation, comme par exemple en mer Méditerranée, a ainsi tendance à concentrer l'eau de mer en sels. Cette eau devenue plus dense, plonge en profondeur. Sous d'autres latitudes, en mer du Groenland, en hiver, les eaux de l'Atlantique se refroidissent. Ce refroidissement renforce la densité de l'eau et la fait couler vers les profondeurs. Ce courant thermohalin marque le point de départ de la circulation océanique mondial. Ces eaux profondes, froides et salées parcourent le fond des océans (Atlantique, Antarctique, Indien et Pacifique), telles un tapis roulant (Conveyor belt) avant de se réchauffer et de remonter vers la surface dans l'océan Pacifique et Indien, pour ensuite suivre le chemin inverse, en surface, et s'appliquer à boucler leur long trajet millénaire.

À d'autres échelles saisonnières, ou à d'autres échelles spatiales, d'autres types de courants ont leur importance et interagissent avec l'atmosphère et le climat : courants de la mousson, ondes planétaires de Rossby et Kelvin, front, tourbillons, ... Plus d'information sur les courants de marée.

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Mesures satellites

En fournissant des mesures globales et répétées de la hauteur de la surface de la mer, la technique altimétrique a été depuis le début des années 90, très exploitée pour estimer la composante géostrophique des courants de surface. Cependant, cette technique ne permet pas l'observation de courants s'éloignant de l'équilibre géostrophique et n'est pas non plus capable de résoudre les échelles spatiales et temporelles les plus courtes des courants.

Des mesures combinées avec d'autres types de satellites (diffusiomètres pour la mesure du vent) permettent de mieux restituer la totalité des courants de surface, en y ajoutant la composante d'Ekman.

Des mesures indirectes de traceurs, telles que la température ou la couleur de l'eau permettent d’améliorer la précision des courants de surface, tant en direction qu’en vitesse.

Mesures in-situ

Les mesures in-situ permettent l'observation des courants sur de plus petites échelles spatiaux-temporelles et selon leur structure verticale, de la surface jusqu'à des profondeurs variables. Ces mesures sont réalisées selon plusieurs dispositifs, fixes (pour des mesures eulériennes) ou le long d'une trajectoire/dérivantes (pour des mesures lagrangiennes).

Courantomètres acoustiques profileurs ADCP

Ces dispositifs émettent des ondes sonores qui sont réfléchies par les particules en suspension dans l'eau. 
Ils peuvent être montés sur des bouées fixes (comme sur certaines stations du réseau PIRATA, en Atlantique tropical) ou fixés sous la coque d'un navire.

Dans ce dernier cas, l'ADCP de coque permet de déterminer les vitesses du courant le long de la trajectoire du navire sur une profondeur variant entre 200 et 1600m et une résolution entre 4 et 24m selon les ADCPs. Il émet simultanément quatre faisceaux acoustiques dont la fréquence principale se situe aux alentours de 38 kHz ou de 150kHz. Ces faisceaux sont orientés à 30° par rapport à la verticale du navire. L'onde acoustique émise se réfléchit sur la matière en suspension et se déphase proportionnellement à la vitesse des réflecteurs (effet Doppler). Ces particules sont supposées se déplacer à la vitesse de la masse d'eau. Un courant est alors calculé dans la direction de chaque faisceau. Grâce à la connaissance de l'orientation du capteur par rapport au navire, de l'orientation du navire par rapport à un repère terrestre et grâce à la connaissance de la vitesse du navire, un courant absolu peut être calculé.

Bouées, gliders, et flotteurs dérivants

Les positions de ces engins dérivants sont récupérées par satellite (système Argos, Iridium ou GPS), puis transmises jusqu'aux centres de données où l'étude de leur trajectoire permettent une mesure directe des courants.

Radar HF

Des plateformes fixes situées sur le littoral et équipées de radars haute fréquence permettent l'observation des courants de surface. Ce système de radars permet de mesurer sur de longues périodes, les courants marins de surface, jusqu'à 80-100km des côtes et avec une résolution spatiale de 3km.

Publications scientifiques (en anglais)

  • Durand F., Marin F., Fuda JL., Terre T. 2017, The East Caledonian Current: A Case Example for the Intercomparison between AltiKa and In Situ Measurements in a Boundary Current. MARINE GEODESY 2017, VOL. 40, NO. 1, 1–22 DOI: 10.1080/01490419.2016.1258375
  • Herbert G., Bourles B., Penven P., Grelet J., 2016. New insights on the upper layer circulation north of the Gulf of Guinea. Journal Of Geophysical Research-oceans, 121(9), 6793-6815, .
  • Herbert G., Bourles B., Penven P., Grelet J., 2016.  New insights on the upper layer circulation north of the Gulf of Guinea. Journal Of Geophysical Research-oceans, 121(9), 6793-6815, DOI: 10.1002/2016JC011959.
  • Herbert G., Kermabon C., Grelet J., Bourles B., 2015.  French PIRATA cruises S-ADCP data processing. Mercator Ocean - Quaterly Newsletter, (52), 22-26, pdf.
  • Mulet, S. Apport de la mission GOCE pour l’analyse de la circulation océanique, Thèse en océanographie physique, 2013. Université Paul Sabatier, Toulouse, France
  • Rio, M-H, Santoleri R., Bourdalle-Badie R., Griffa A., Piterbarg L., Taburet G., 2016: Improving the altimeter derived surface currents using high-resolution Sea Surface Temperature data: A feasibility study based on model outputs. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, Vol. 33, DOI: 10.1175/JTECH-D-16-0017.1.
  • Rio, M-H, Santoleri R., submitted: Improved global surface currents from the merging of altimetry and Sea Surface Temperature data. Submitted to Remote Sensing of Environment.