1. Qu'est ce qui provoque un mouvement d'eau ? - Mécanisme des courants marins

Introduction :

De nombreux facteurs se conjuguent pour déplacer l'eau des océans :

• La rotation de la terre
• L'attraction de la Lune
• La répartition inégale de l'énergie solaire
• Le vent
• La gravité (les différences de densité et donc de pression)

Leur influence commune crée des mouvements divers et variés, tels que des vagues et marées, des tourbillons, mais surtout des courants de surface et des courants profonds, ce que nous allons étudier plus particulièrement.

Les principaux aspects de la circulation océanique sont expliqués par la 2nde loi du mouvement de Newton :

(avec vecteur F = résultante des forces s'exerçant sur l'objet, m = masse de l'objet et vecteur a = accélération de l'objet), selon laquelle la force ou la somme des forces (force résultante), agissant sur un système, sa masse et son accélération sont proportionnelles (voir explication).

Ainsi, l'accélération des particules d'eau est la conséquence directe de la conjugaison des forces que la pression, la force de Coriolis, la friction du vent et la gravité exercent sur elles. On peut classer ces forces en plusieurs groupes :

• les forces "internes" (la force de pression à l'intérieur du fluide, et plus précisément les différences de pression dans le fluide et la force de Coriolis - due à la rotation de la Terre sur elle-même)
• les forces "de friction" (la tension exercée par le vent à la surface de la mer et la dissipation par frottement contre une paroi solide - les côtes ou les fonds océaniques),
• les forces "externes" au fluide (la gravité).

Les forces internes s'exercent sur toutes les particules d'eau, contrairement aux forces externes et de frictions qui ne s'exercent qu'aux limites du fluide.

Ces forces, qui feront l'objet d'une étude plus approfondie dans la suite de cette partie, sont soumises à différentes règles :

• La force de pression est dirigée des zones de haute pression vers les zones de basse pression.
• La force de Coriolis s'exerce perpendiculairement au mouvement, et sur sa droite dans l'hémisphère Nord.
• Les effets de friction ne sont importants que près des côtes, de la surface ou du fond de l'océan.
• La gravité ne s'exerce que verticalement et ne peut accélérer les courants horizontalement ; elle ne joue un rôle important que pour les mouvements verticaux (convection).
• Le fait que l'océan soit beaucoup plus large que profond implique une différence très importante entre les ordres de grandeur des vitesses horizontales et verticales des courants : leur vitesse horizontale est souvent cinq cent à mille fois supérieure à leur vitesse verticale.

Les deux notions suivantes sont particulièrement importantes pour une bonne compréhension de ce chapitre :

• Equilibre géostrophique :
  Lorsqu'on étudie la circulation moyenne de l'océan à long terme et sur une grande échelle (par exemple le mouvement moyen annuel d'un courant), on se rend compte que l'océan est "en équilibre". C'est à dire que les courants, ayant une accélération nulle, sont permanents. Or, si l'accélération est nulle, cela veut dire que les forces en présence se compensent :
  • la friction est négligeable dès que l'on est à plus de 100m sous la mer ou à plus de 100m du fond de l'océan, et dès que l'on est à plus de 100km de la côte.
  • Nous nous intéressons surtout aux mouvements horizontaux lors de l'étude des courants de surface et la force de gravité n'intervient donc pas. Seules deux forces restent donc en présence : la force de pression et la force de Coriolis. Leur équilibre est appelé équilibre géostrophique.
    /!\ Attention, cette notion n'est valide qu'à l'intérieur de l'océan, et lorsqu'on s'intéresse aux mouvements horizontaux.
• Courant géostrophique :
  Comme le montre le schéma ci-dessous (le symbole d'une croix dans un rond signifie que le vecteur est dirigé vers l'arrière du plan de votre écran), le courant géostrophique est parallèle aux isobares : les lignes imaginaires qui relient les zones de pression identique. De plus, la force de Coriolis et la force de pression sont opposées et s'annulent. Le courant géostrophique leur est donc perpendiculaire.
  
  Courant géostrophique, vu de côté et de dessus.
  Si la Terre ne tournait pas sur elle même, le courant irait dans le sens de la force de pression. C'est la force de Coriolis qui fait que le courant est perpendiculaire aux forces de pression et aux isobares.

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