Le circuit 3D des masses d’eau en Méditerranée

Parce que les courants déterminent la distribution de la chaleur, du sel,  de l’oxygène, des éléments nutritifs ainsi que des larves, comprendre le circuit 3D des masses d’eau s’avère crucial à plus d’un titre. La Méditerranée, qui fonctionne comme un modèle réduit d’océan, peut nous apprendre beaucoup.

La circulation thermohaline est la circulation océanique engendrée par les différences de densité de l'eau de mer, provenant des écarts de température et de salinité des masses d'eau : sous l’effet des interactions avec l’atmosphère, notamment, l’eau qui est en surface peut devenir plus dense et plonger à des niveaux intermédiaires, voire jusqu’au fond.

En raison de son climat, la Méditerranée perd plus d’eau par évaporation qu’elle n’en reçoit par les précipitations et les fleuves. Sans le fort apport de l’océan, via le détroit de Gibraltar (où il rentre 1 million de m3 d’eau par seconde), le niveau de la Méditerranée baisserait de 0.5 à 1 m par an. On estime à 100 ans en moyenne la période entre le moment où l’eau entre, en surface, à Gibraltar puis y ressort, en profondeur, transformée en eau méditerranéenne par convection (voir figure).  

En raison de cette forte évaporation, l’eau résidente en Méditerranée est plus salée, et donc plus dense que celle de l’Atlantique. L’eau Atlantique rentrée le plus récemment reste donc au-dessus, ce qui détermine les courants de surface en Méditerranée. Puis elle se propage vers l’est dans les parties sud, et revient enfin vers l’ouest dans les parties nord, décrivant dans chaque bassin un circuit général dans le sens antihoraire.

Pendant les hivers rudes, les vents continentaux froids et secs refroidissent l’eau de surface dans les parties nord et accroissent sa salinité par évaporation et par mélange avec les eaux intermédiaires salées : sa densité augmente et l’eau coule alors littéralement sur le fond, avec une spécificité méditerranéenne : entre ~200m et 3000m de fond la température ne chute pas en deçà de ~13°C. Autre conséquence, l’eau profonde est très oxygénée, permettant une vie foisonnante au fond de la mer. Les polluants (y compris atmosphériques) y sont malheureusement également très bien transférés. Heureusement ce mélange profond remet des éléments nutritifs dans la couche de surface, préparant ainsi le printemps (floraison du phytoplancton).

Les campagnes en période hivernale représentent un défi qui a longtemps freiné les recherches sur la formation d’eau profonde, un moteur de la circulation en trois dimensions. Pendant l’hiver 2012-2013, la synergie du programme MISTRALS a permis la réalisation d’une « super-campagne » dans le golfe du Lion. Non seulement des mouillages, des bouées météo, des navires océanographiques 1 et des avions de recherche ont été déployés, mais aussi des plateformes autonomes issues des derniers développements technologiques pour fournir l’extension dans le temps et dans l’espace en temps quasi-réel : bouées dérivant avec le courant de surface, flotteurs-profileurs (ARGO), planeurs sous-marins (« gliders »), capteurs installés sur un navire de commerce, et enfin profileurs de vent installés à terre.  Les prévisions météorologiques et océanographiques, avec l’assimilation des observations in situ et satellitaires, permettaient enfin d’alerter sur les épisodes de mistral, de déployer dans les zones à échantillonner d’autres outils complémentaires comme les ballons pressurisés, des radiosondages, un avion et un navire dédié.  Ainsi notre compréhension de la formation d’eau profonde méditerranéenne et de ses impacts a beaucoup progressé ces dernières années.

• 1Les navires océanographiques étant alloués selon un calendrier fixé un à deux ans à l’avance, un navire a été affrété pour pouvoir échantillonner sur alerte (coup de mistral).