Qu’est ce que l’Océanographie ?

Sommaire +
  1. I.Introduction
  2. II.Océanographie – Présentation
  3. III.Quelques principes d'océanographie
  4. IV.Quelques missions océanographiques
  5. V.Le métier d'océanographe
  6. VI.Glossaire

III. b. 2. Un peu de théorie sur la physique de l'océan

La circulation océanique*

Différents facteurs engendrent un déplacement perpétuel de l’eau des océans : la rotation de la Terre, le vent, la chaleur du soleil, l’attraction de la Lune. Leur influence combinée crée divers mouvements influencés par la stratification* du fluide et l’existence de frontières méridiennes*: les vagues et les marées, les tourbillons, les courants de surface, les courants profonds.

Pour étudier la circulation océanique, les océanographes utilisent différentes méthodes. Des éléments chimiques peuvent servir de traceurs de la circulation profonde et comme marqueurs des masses d’eau : la température, la salinité, la teneur en oxygène. Le Carbone 14* est un traceur radioactif qui permet d’étudier la circulation profonde. Sa désintégration radioactive peut servir pour chronométrer la circulation océanique, il a aussi permis la datation des eaux profondes. D’autres traceurs peuvent être utiles tels que les produits de l’activité humaine qui se répandent dans l’environnement : le tritium et les chlorofluorocarbures (ou fréons).

La température des océans

C’est le résultat de facteurs antagonistes que sont l’échauffement et la refroidissement des eaux en fonction des radiations solaires, de la convection* à partir de l’atmosphère, de la condensation de la vapeur d’eau.

Ces éléments amènent à un état d’équilibre mais le rayonnement solaire n’est pas le même en tous points du globe et à tout moment de l’année. Si on établit un bilan radiatif (des rayonnements) arrivant et quittant le globe terrestre, on s’aperçoit que c’est grâce à l’océan que l’équilibre est atteint. De plus la circulation des eaux océaniques, en surface, est souvent liée aux phénomènes météorologiques (vents, différences de pression.). Les mouvements en profondeur sont liés à la densité des eaux, celle-ci résultant des échanges entre l’océan et l’atmosphère. L’océan et l’atmosphère forment donc un système couplé. L’étude de ce couplage est parfois appelé l’océano-météorologie.

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La densité des eaux de mer

C’est, en physique pure, le rapport de la masse d’un volume d’une substance à la masse du même volume d’eau distillée à 4°C et à pression atmosphérique* normale (1013 hectoPascals*).

Les eaux de mer se répartissent verticalement en fonction de leurs densités respectives, des moins denses en surface vers les plus denses au fond.

La densité des eaux de mer dépend de leur température et de leur salinité. Plus une eau est froide et salée plus elle est dense. Or ces deux facteurs dépendent des échanges entre l’océan et l’atmosphère en surface. Quand il fait chaud, la température de l’eau augmente, elle devient donc moins dense, mais il se produit aussi une intense évaporation, donc elle devient plus salée et plus dense. C’est un équilibre entre deux actions contradictoires qui va déterminer la densité de l’eau et donc les mouvements verticaux qui lui permettent de se placer à la profondeur qui lui correspond.

Les propriétés optiques de l’eau de mer

La lumière est un rayonnement électromagnétique qui peut traverser le vide à la vitesse de 299 792 458 mètres par seconde. Dans l’eau de mer sa vitesse diminue environ d’1/3. Quand la lumière se propage à travers une colonne d’eau, son intensité décroît exponentiellement* depuis la source.

Cette atténuation a deux causes essentielles :

  • L’absorption

C’est la transformation de l’énergie rayonnante en une autre forme d’énergie, en chaleur, pour la plus grande partie, ou en énergie chimique.

L’absorption peut être due à :

    • l’eau elle même (les rayons infrarouges* sont très vite absorbés par l’eau ; dans les premières dizaines de centimètres sous la surface océanique)
    • aux composés organiques dissous
    • aux particules organiques ou minérales en suspension
    • aux algues qui transforment l’énergie lumineuse en énergie (bio)chimique* par les processus de photosynthèse*

Remarque : celle-ci constitue une très faible part des phénomènes d’absorption, évaluée à environ 0,1% de l’énergie solaire absorbée par les océans.

  • La diffusion

C’est surtout la diffusion particulaire qui va dominer, c’est-à-dire que les particules en suspension dans l’eau de mer et les molécules d’eau diffusent un rayon de lumière et forment ensemble comme un faisceau lumineux ; en réalité, l’ensemble des particules éclairées.

L’atténuation de la lumière est donc liée pour une grande part à la teneur en matières en suspension et donc à la turbidité* de l’eau de mer.

Les eaux littorales ont tendance à être plus turbides que les eaux océaniques du large (remises en suspension, apports estuariens…etc.). Les eaux claires sont donc aussi des eaux pauvres en éléments nutritifs (provenant de la décomposition de la matière organique ou des apports de la côte), elles auront donc une faible productivité biologique.

L’absorption varie avec les longueurs d’onde et après quelques dizaines de mètres, seuls les bleus continuent à se propager, la lumière devient quasi monochromatique (une seule couleur). La couleur de la mer va du bleu au vert : elle est davantage bleue lorsqu’il y a peu de production biologique (et donc moins de chlorophylle, responsable de la couleur verte) comme dans les mers tropicales et équatoriales où l’on rencontre parfois un bleu indigo ; le long des côtes, les eaux sont généralement verdâtres ; dans les régions polaires, la mer est quasiment verte.

Au delà de 1 000 mètres environ, la lumière du jour n’est plus perceptible, les seules sources de lumière sont alors liées au phénomène de bioluminescence*.

Les propriétés acoustiques des eaux de mer

Tous les sons proviennent d’une vibration (exemple la vibration de la membrane d’un haut-parleur). Quand le son se déplace, la pression engendrée par la vibration augmente et diminue de manière sinusoïdale*. Les longueurs d’onde de l’énergie acoustique s’échelonnent dans l’océan entre 50 mètres et 1 millimètre. Si l’on considère la vitesse de propagation du son dans l’eau de mer comme approximativement 1 500 mètres par seconde, cela conduit à des fréquences de 30 Hz à 1,5 Mhz (1 méga Hertz = 106 Hertz).

Le son se propage bien mieux dans l’eau que dans l’air, c’est donc un moyen de communication privilégié pour les espèces sous-marines. L’homme a su exploiter cette caractéristique pour explorer l’océan et ses ressources.