La machine climatique : l'océan


L'océan est un autre acteur majeur du climat : il échange en permanence de la chaleur avec l'atmosphère, circule d'un bout à l'autre du globe terrestre et intervient dans le cycle du carbone.


Océan Arctique Nord. © CNRS Photothèque, Xavier Fain

Un réservoir de chaleur

L'océan reçoit son énergie du rayonnement solaire, qui ne réchauffe cependant que sa couche de surface (quelques dizaines de mètres).

Il se refroidit principalement par évaporation, mais aussi par transfert direct de chaleur à l'atmosphère et par émission d'un rayonnement infrarouge.

L'océan a une forte inertie thermique : pour une même quantité d'énergie absorbée, il se réchauffe beaucoup moins, et moins vite, que l'atmosphère ou les continents, ce qui lui permet de stocker de grandes quantités d'énergie thermique.


Distribution des températures de l'océan mondial, en surface (à gauche) et à 1000 mètres de profondeur (à droite). © Mercator Océan

L'océan reçoit davantage d'énergie et devient rapidement plus froid en profondeur à l'équateur qu'aux pôles. La majeure partie des eaux océaniques est à moins de 4°C.

Un système dynamique lent

La densité est un facteur fondamental de la dynamique des océans. Les eaux les moins denses sont toujours situées en surface, les plus denses en profondeur. Quand une eau de surface devient plus salée ou plus froide et donc plus dense que les eaux environnantes, elle plonge vers le fond, engendrant une circulation.
Les courants de surface sont principalement induits par l'action des vents. Les courants profonds, plus lents et beaucoup plus volumineux, sont dus aux variations de densité, c'est-à-dire aux variations de température et de salinité des eaux ; on parle alors de circulation thermohaline.
L'océan transporte ainsi en surface les eaux chaudes des tropiques vers les pôles et ramène en profondeur les eaux froides des hautes latitudes vers les tropiques. Cette circulation globale peut être comparée à un grand tapis roulant, que les eaux mettent plus de mille ans à parcourir.


Circulation océanique globale : aux pôles, le refroidissement en hiver et la formation de la glace de mer, qui tend à augmenter la salinité de l'eau libre, entraînent une augmentation de la densité et donc la mise en mouvement vertical des eaux superficielles qui plongent vers le fond.

Un puits de carbone

L'océan est le plus grand réservoir de carbone de la planète. Il en renferme une quantité importante dissoute dans l'eau, car le dioxyde de carbone (CO2) est très soluble dans l'eau froide (très peu dans l'eau chaude), mais aussi incorporée dans la matière et les résidus organiques qu'il contient.

L'océan est un puits de carbone. Il peut le soutirer de l'atmosphère de deux manières :

  • les eaux de surface froides et chargées en CO2 dissous sont entraînées par la circulation thermohaline vers des couches profondes où le CO2 se trouve isolé de l'atmosphère ;
  • le plancton végétal synthétise sa matière organique (carbonée) par photosynthèse à partir du CO2 dissous ; il est entraîné à sa mort vers le fond où il se décompose en libérant le CO2.

L'océan est aussi une source de carbone : le CO2 séquestré sera en effet restitué à l'atmosphère au niveau des remontées d'eaux profondes, mais cela prendra un temps très long (500 à 1000 ans).En temps normal, le bilan est équilibré, mais avec l'augmentation récente de la concentration du CO2 atmosphérique due aux activités humaines, l'océan en stocke davantage qu'il n'en restitue : il absorbe actuellement un tiers de ce carbone anthropique rejeté dans l'atmosphère.

  • Phytoplancton marin : chaîne de diatomées centriques. © CNRS Photothèque, Claude Carre
  • À bord du Marion Dufresne au voisinage des îles Kerguelen (océan Austral), mise à l'eau de filets pour la collecte du plancton, dans le cadre de la campagne océanographique Keops visant à mieux comprendre les mécanismes de pompage biologique du carbone. © CNRS Photothèque / KEOPS
  • Phytoplancton marin : diatomée centrale (taille : 200 microns) du genre Gossleriella. © CNRS Photothèque, Claude Carre

Son inertie et sa capacité thermiques, ainsi que son aptitude à séquestrer le dioxyde de carbone, font de l'océan un temporisateur des fluctuations climatiques.

 

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Poster : L'océan3.32 Mo