Les éléphants de mer révèlent la dynamique profonde de l’océan austral

Les structures océaniques dites de sous-mésoéchelle, de quelques kilomètres à une vingtaine de kilomètres, jouent un rôle important dans les échanges verticaux de chaleur, de carbone et de nutriments. Elles sont toutefois surtout étudiées dans la couche de mélange superficielle, et leur présence en profondeur reste encore mal connue. Pour déterminer si ces processus sont localisés ou largement répandus, les auteurs ont exploité un ensemble exceptionnel de données recueillies par des éléphants de mer instrumentés dans le secteur indien de l’océan Austral dans le cadre de l’observatoire éléphant de mer échantillonneurs du milieu océanique dans ses composantes physiques et écologiques. Ils montrent que la dynamique à sous-mesoéchelle profonds sont omniprésents, toute l’année, jusqu’à au moins 500 m de profondeur, et qu’ils sont même plus intenses sous la couche de mélange qu’à l’intérieur de celle-ci.

L’étude repose sur 133 598 plongées réalisées entre 2014 et 2020 par des éléphants de mer équipés de capteurs de température, salinité et pression échantillonnées en continue toutes les deux secondes sur plusieurs mois. Les trajectoires couvrent environ 2 000 × 9 000 km dans le secteur indien de l’océan Austral, avec une résolution horizontale inférieure au kilomètre et un intervalle médian de 18 minutes entre deux plongées. Les gradients horizontaux de i) flottabilité et ii) des fluctuations de température et salinité, entre froid et peu salé à chaud et plus salé ont été utilisés pour démêler les effets liés aux ondes de gravité internes des flux à méso- et sous-méso-échelle. Les observations ont ensuite été comparées à l’énergie cinétique des tourbillons mesurée par altimétrie satellitaire.

L’activité submesoscale profonde présente un cycle saisonnier marqué : elle atteint son maximum au printemps austral (septembre-novembre) et son minimum en automne (mars-mai). Entre 170 et 500 m, son intensité est fortement corrélée à l’énergie cinétique des tourbillons de surface (coefficient de corrélation moyen de 0,86), ce qui est cohérent avec l’hypothèse selon laquelle les tourbillons de moyenne échelle génèrent ces structures par « frontogenèse ». Ces mouvements étant associés à des vitesses verticales importantes, les résultats suggèrent que les échanges verticaux de chaleur et de nutriments pourraient être beaucoup plus importants qu’on ne le pensait dans cette région. Une perspective majeure sera de combiner ces observations biologiquement opportunistes avec les observations satellitaires SWOT afin de mieux caractériser en trois dimensions ces processus et leur rôle dans les transports de chaleur et les cycles biogéochimiques.