Cartographie globale des courants océaniques de surface à fine résolution

Vendredi, 22 février 2013

En combinant diverses observations satellitaires, une cartographie fine (maille de ~ 30 km) et au pas de temps journalier des courants océaniques de surface vient d’être établie à l’échelle du globe, entre 82°N et 82°S, par des chercheurs du Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS/OMP, CNES / CNRS / IRD / UPS). Cette cartographie très précise des courants océaniques de surface qui montre la grande complexité de l’environnement océanique pourra être très utile à toutes sortes d’études conduites en milieu océanique et notamment intéresser des biologistes et écologues de l’environnement océanique pour l’interprétation de leurs propres observations.

Qu’ils soient permanents ou intermittents, les courants océaniques assurent le déplacement et le renouvellement des masses d’eau marines et sont de ce fait en partie responsables de la répartition des substances nutritives. Ils conditionnent ainsi la fertilité du milieu marin à tous les échelons de la chaine trophique, des algues phytoplanctoniques aux prédateurs marins, et par là même influencent partiellement les ressources halieutiques. Les courants de surface sont en outre des transporteurs de chaleur à l’échelle des bassins océaniques, ce qui leur confère un rôle essentiel dans la régulation du climat planétaire ainsi que dans la succession des types de temps en relation avec les conditions atmosphériques.
Cependant, les observations directes des courants océaniques demeurent rares, très localisées au niveau aussi bien spatial que temporel et le plus souvent pas assez précises pour être exploitées scientifiquement. La compréhension de la variabilité spatio-temporelle des courants demeure donc un enjeu majeur pour les océanographes et ce d’autant plus que les écoulements océaniques sont en outre fortement turbulents (plus particulièrement en surface).

Les forces susceptibles de générer un courant océanique de surface (jusqu’à 300 m de profondeur) peuvent être classées en deux grandes catégories : externes (sous l’effet de l’atmosphère par exemple) ou internes (comme la force de pression de la colonne d’eau ou la force de Coriolis(1)). Pour ce qui concerne les courants océaniques évoluant dans les premiers mètres de la surface, leurs deux composantes principales sont issues d’une part de la friction du vent à la surface de l’océan (courant d’Ekman(2)) et d’autre part des pentes de sa surface dues aux bosses et aux creux dont elle est le siège (courant géostrophique(3)).

Des chercheurs du LEGOS ont réussi à estimer plus précisément qu’auparavant ces deux composantes des courants les plus superficiels en utilisant des observations satellitaires(4). Ceci leur a permis de dresser une cartographie spatio-temporelle fine, à une résolution spatiale au 1/4 de degré (~ 30 km) et au pas de temps journalier, des courants océaniques agissant dans les premiers mètres de la surface des océans à l’échelle planétaire, entre 82°N et 82°S. Les courants ainsi obtenus ont été validé à l’aide de différents jeux d’observation complètement indépendants (comparaison des vitesses et des directions de déplacement).



Cette cartographie quotidienne, dénommée GEKCO débute en 1992. Elle est opérationnelle, une carte des courants les plus superficiels étant produite chaque jour, et à disposition de la communauté scientifique. Elle est destinée aux études scientifiques de toutes disciplines nécessitant l’identification et la compréhension de la dynamique océanique de surface, de l’échelle globale aux focus plus régionaux.

Rapport entre l’énergie cinétique tourbillonnaire (EKE) et l’énergie cinétique moyenne (MKE) obtenu à partir des courants GEKCO sur la période 2000-2008. Ce rapport permet d’identifier les zones où la dynamique océanique est stable (Log du rapport compris entre 1 et 100) et les zones plus turbulentes (rapport dépassant 100 – 1000).

Cette cartographie a déjà permis de réaliser des études dans des thématiques très diverses.
Ainsi, l’équipe du LEGOS a repris l’étude des chercheurs de l’expérience SOIREE. Menée dans les mers australes et visant à étudier l’effet sur le phytoplancton d’un enrichissement des eaux en fer dans une zone où le fer est le paramètre limitant la croissance du phytoplancton, cette expérience avait permis d’étudier une floraison spectaculaire du phytoplancton. L’utilisation de diagnostiques lagrangiens(5) réalisés avec GEKCO a permis d’interpréter les structures cohérentes (tourbillons et filaments) observées lors de l’expérience SOIREE. Combinés à l’imagerie satellitaire "couleur de l’océan" du "bloom phytoplanctonique", ces diagnostics ont également permis d’expliquer la position et l’étirement dynamique (dû au courant) de ce bloom.
Une seconde étude a été réalisée avec des écologues cherchant à comprendre les déplacements océaniques des tortues marines et qui, pour ce faire, les équipent de petites balises donnant leur position dans l’océan. En étudiant les positions successives de l’animal, ils cherchent à déterminer par exemple comment les tortues gravides retournent à leur plage de ponte. Avec les estimations précises des courants océaniques de GEKCO, cette équipe pluridisciplinaire a pu mettre en évidence(6) que ces tortues ne semblent utiliser la localisation géomagnétique que lorsqu’elles sont proches de leur destination (quelques kilomètres).

Note(s): 
  1. La force de Coriolis terrestre est une force engendrée par la rotation de la Terre et qui s’exerce sur les objets qui se déplacent sur le globe.
  2. Courant d’équilibre entre la force de friction du vent et la force de Coriolis.
  3. Courant d’équilibre entre la force liée au gradient de pression et la force de Coriolis.
  4. Il s’agit d’observations altimétriques (Jason-2, Envisat, Jason-1, Topex/Poséidon, GFO) et d’observations de vitesse de vent (QuikSCAT, série SSMI, TMI, AMSR-E, etc.)
  5. Ces diagnostiques consistent à injecter des particules virtuelles dans la cartographie GEKCO et à regarder comment elles se déplacent sous l’effet des courants.
  6. S. Benhamou, J. Sudre, J. Bourjea, S. Ciccione, A. De Santis, and P. Luschi, The role of geomagnetic cues in green turtle open sea navigation, PLoS ONE 6(10): e26672. doi:10.1371/journal.pone.0026672, 2011
Source(s): 

Sudre, J., C. Maes, and V. Garçon, On the global estimates of geostrophic and Ekman surface currents, Limnology and Oceanography: Fluids and Environments (L&O:F&E), sous presse, 2012

Contact(s):
  • Joël Sudre, LEGOS/OMP
    joel [dot] sudre [at] legos [dot] obs-mip [dot] fr, 05 61 33 29 90

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