thème général: l’exploration des océans – un défi pour les scientifiques?
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Thème général: L’exploration des océans – un défi pour les scientifiques? Problématique: Dans quelle mesure les scientifiques du XXI e siècle réussissent-ils à perfectionner les techniques de recherche du monde sous-marin?. Thème de l’équipe: - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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?
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?
Plan du projetI. 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, divergencesII. Variations océaniques, variations climatiques
• Les variations du système climatique• La variabilité interannuelle. Le phénomène El
Niño
• 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
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 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
Accélération d’eau dépend de: la force de pression, la force de Coriolis+les forces de frottement et gravitérésultante=p+f+Coriolis+G(=mg)
•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
résultante=0 et on a P=-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
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
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
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>>
Divergences• Cyclones• Les vents cycloniques provoquent
un mouvement ascendant d’eau:<<le pompage d’Ekman>>
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
L’atmosphère L’océan
Temps très court de réponse aux perturbations
Reçoit une partie de son énergie de l'océan
Evolution très rapideImpossible de faire une
prévision météorologique au-déla de 15 jours à 3 semaines
Temps d’evolution plus longAmortit les variations
climatiquesFournit 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
Le couplage océan-atmosphère dans le Pacifique Equatorial
La cellule de WalkerBranche ascendante
(Indonesie)Branche descendante
(Perou, Chili)
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 froidesPressions 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) Intensités faibles des alizés et du
courant équatorial Sud Les eaux chaudes de l’Indonesie
s’écoulent vers l’est → pluiesA l’est les températures s’élèvent
de 4 – 5̊ CLa pente de l’océan se diminueSécheresse (Indonesie et
Australie), pluies abondantes (Perou), affaiblissement de la mousson indienne
Hivers doux et humides sur le nord-ouest de l’Amerique
Valeurs maximales de SOI (opposé d’El Nino)
Cellule de Walker et circulation océanique aux intensités maximales
Alizés vigoureusesConvection maximalePente de l’océan maximale
La Nina pousse le système à ses extrémités. El Nino le détruit...
Un nouvel acteur du climat: l’homme
L’océan et le gaz carbonique
Réjection anthropique de carbone: 7 GT/anL'océan est le plus grand réservoir naturel de carbone → 40000
GTL’équilibre du système chimique océanique dépend des
échanges de CO2 avec l’atmosphèreCes 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 CElévation 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
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• La validité du modèle peut être vérifiée très vite (comme dans la
météorologie)• La vitesse de correction des erreurs
de projectionInconvénients• 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
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
Produit finalInterview 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?
Groupe de travail:• David Andrei Mircea• Panaitescu Otilia Violeta• Smeu Andreea Cristina
Professeurs coordonateurs:Ileana Patrichi – Professeur de PhysiqueFlorentina Manolache – Professeur de BiologieMariana Vișan – Professeur de FrançaisCecilia Popescu – Professeur de Français