Équilibre thermique de la Terre

En bref : L’inégale répartition de l’énergie solaire reçue par l’atmosphère et par la Terre, à l’origine des climats, provoque le déplacement de la chaleur des zones excédentaires équatoriales vers les plus hautes latitudes. Ce transfert d’énergie calorifique est assuré par les vents et le cycle de l’eau. De plus, les océans, importants régulateurs thermiques, emmagasinent, transportent et restituent en partie la chaleur à l’atmosphère. Cette circulation générale de l’air troposphérique est également influencée par la rotation de la Terre.

Répartition du rayonnement solaire
Redistribution de la chaleur par les flux d’air
Cycle de l’eau et transferts d’énergie
Régulation du climat par les océans

Régulation du climat par les océans

Les courants de surface

Les vents qui soufflent sur les océans provoquent la mise en mouvement de la couche d’eau superficielle. Ce sont les courants d’impulsion ou de surface qui sont à l’origine du déplacement de masses d’eau considérables dont la vitesse est généralement inférieure à 10 km/h. De la même manière que les masses d’air, ces courants marins contribuent aux transports méridiens de chaleur des régions chaudes vers les régions froides. (Voir la carte des courants marins de surface.)

Les courants marins de surface

Les courants marins de surface
D’après Pech, P., et Régnault, H., Géographie physique, PUF, 1992.

Importants régulateurs thermiques des climats de la Terre, les océans, de par les caractéristiques thermiques de l’eau, sont capables d’emmagasiner de la chaleur pendant la journée ou l’été, de la transporter et de la restituer pendant la nuit ou l’hiver. Leur influence sur les températures et le régime des pluies des régions qu’ils bordent est considérable. Pour simplifier, voici les principales phases de la circulation océanique générale :
– les alizés de la zone intertropicale donnent naissance à un courant qui transporte d’est en ouest les eaux chaudes de cette zone ;
– lorsque ce courant chaud rencontre un continent, il se sépare en deux branches qui ont tendance à se diriger vers chacunes des zones de latitudes moyennes ;
– poussés en particulier par les vents et la force de Coriolis liée à la rotation de la Terre, les deux courants chauds, qui s’éloignent l’un de l’autre, se dirigent vers les hautes latitudes d’ouest en est. Par exemple le Gulf Stream qui vient du golfe du Mexique, traverse l’Atlantique Nord et longe les côtes occidentales de l’Europe.

Des courants marins chauds transportent d’énormes quantités d’eau sur de très longues distances et influencent les climats des régions qu’ils bordent par :
– transfert direct de chaleur aux masses d’air qui les couvrent ;
– réchauffement indirect de ces masses d’air par les mécanismes d’évaporation-condensation évoqués précédemment.
Finalement, les courants chauds engendrent des masses d’air chaudes, humides et instables qui vont venir réchauffer et arroser les façades continentales qu’ils longent. Au total, les courants marins contribuent avec l’atmosphère aux transports méridiens de chaleur. Parallèlement, il existe toute une série de contre-courants et de courants liés aux « vides » laissés par ces courants chauds.

Les courants profonds

Les courants profonds

Les courants marins, entre les profondeurs et la surface de l’océan, s’expliquent par des variations de densité liées à des différences de température (l’eau froide étant plus dense que l’eau chaude) et de salinité (l’eau salée étant plus dense que l’eau douce).
Durant l’hiver, au Pôle Nord, l’eau de mer, en gelant, expulse une partie du sel, ce qui accroît la salinité de l’eau sous la banquise et entraîne sa descente vers les profondeurs. Il se forme ainsi des courants d’eaux profondes ou thermohalins, véritables moteurs d’une partie de la circulation globale des océans.

La remontée d’eau froide (upwelling) sur la façade ouest des continents tropicaux

Upwelling

Les upwellings correspondent à des remontées d’eaux froides : sur la façade ouest des continents tropicaux, dans le domaine des alizés, les vents qui soufflent presque constamment d’est en ouest repoussent les eaux chaudes de surface vers le large, ce qui donne naissance aux courants marins chauds. Le vide qu’elles laissent provoque alors cette remontée d’eaux profondes qui vont être à leur tour réchauffées en surface et repoussées vers l’ouest. Ces phénomènes se retrouvent au large de pays comme le Maroc, la Mauritanie pour l’Atlantique, la Californie, le Chili, le Pérou pour le Pacifique…

El Niño et La Niña, des cas particuliers

El Niño
El Niño, l’enfant du Christ, nom du réchauffement occasionnel des eaux chaudes dans l’océan Pacifique le long de la côte équatoriale de l’Amérique du Sud, est récurrent tous les deux à sept ans. Il débute en décembre et sa durée varie de quelques semaines à plusieurs mois.
Les courants verticaux, dits courants convectifs, sont très sensibles à des petites variations de température. Ainsi, el Niño commence par un réchauffement modeste (2 ou 3 °C) des eaux de surface de cette région ; elles coupent alors les remontées d’eaux froides et profondes (upwelling), provoquant la réduction d’aliments nutritifs et, par conséquent, celle des populations de poissons. Ce phénomène s’accompagne d’une forte augmentation des précipitations et des inondations.
En revanche, autour de l’Australie et de l’Asie, les hautes pressions et les eaux plus fraîches réduisent les précipitations et provoquent alors une sécheresse importante à l’origine de nombreux incendies.
Les effets d’el Niño s’observent sur l’ensemble de la planète avec un réchauffement notable au niveau des latitudes moyennes.

Conditions normales

Courant marin
En temps normal, les alizés soufflent vers l’ouest et poussent les eaux chaudes de l’océan vers l’Australie, faisant remonter en surface des eaux plus froides le long des côtes de l’Amérique du Sud.

Conditions accompagnant El Niño

El niño

Affaiblissement des alizés et arrivée des eaux chaudes vers l’Amérique du Sud.

La Niña
Contraire d’el Niño, la Niña (« la petite fille » en espagnol) est due à une intensification de la force des alizés qui accroît les courants de surface et attire l’eau froide. Celle-ci remonte le long des côtes d’Amérique du Sud et refroidit l’océan plus que la normale.

En conclusion, la machine climatique terrestre comporte deux fluides essentiels : l’air et l’eau. Mais en terme de capacité thermique, l’océan est de loin le réservoir énergétique le plus important. Liés à une surface de contact immense de 360 millions de km2, soit les deux tiers de la superficie de la Terre, les flux d’énergie entre ces deux réservoirs sont énormes. Essentiels à l’équilibre thermique de notre planète comme à la géographie des climats, ces flux d’énergie sont encore mal connus.

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