Thème général: L’exploration des océans – un défi pour les scientifiques?

1. Thème général: L’exploration des océans – un défi pour les scientifiques? Problématique: Dans quelle mesure les scientifiques du XXIe siècle réussissent-ils à perfectionner les techniques de recherche du monde sous-marin?

2. Thème de l’équipe: Les humeurs de l’océan – l’influence des courants océaniques sur le climat Problématique de l’équipe: Comment mieux étudier les comportements des océans afin de découvrir à temps les menaces et les prévenir avant que l’avenir ne s’écoule devant nos yeux?

3. Plan du projet I. Les moteurs des courants océaniques • La rotation de la Terre et la force de Coriolis • Les interactions entre l’océan et l’atmosphère • Les ondulations de la thermocline. Convergences, divergences II. Variations océaniques, variations climatiques • Les variations du système climatique • La variabilité interannuelle. Le phénomène El Niño

4. Les fluctuations décennales. Le NAO • Les évolutions à long terme du climat. La circulation thermohaline • L’homme. L’océan et le gaz carbonique III. Voir, observer, mesurer, modéliser pour comprendre et prévoir • La modélisation – expérimentation et prévision • La modélisation de la dynamique océanique • L’observation « in situ » des océans IV. Produit final - interview

5. La rotation de la Terrejoue une rôle très important ,elle détermine le sens des courants au sens du ou oppose au sens du vents (dans les régions subpolaires ou équatoriales). • L’océan bouge à cause de: ▪ rayonnement solaire (effet de serre naturel); ▪ attraction gravitationnelle entre Terre, Soleil et Lune.

6. Les forces océanographiques • les forces primaires qui initient le mouvement (la gravité terrestre, le champ de pression interne et/ou externe, L’action du vent, la marée), • les forces secondaires qui modifient le mouvement (la force de Coriolis, les forces de frottement internes, les forces de frottement externes).

7. Les courants La circulation thermohaline Courants chauds en surface– en rouge. Courants froid s en profondeur - en bleu. On distingue deux types de courants. : Les courants de surface. Les courants profonds.

8. L’équation du mouvement Accélération d’eau dépend de: la force de pression, la force de Coriolis+les forces de frottement et gravité résultante=p+f+Coriolis+G(=mg) •Les forces de frottement ne sont importantes que près des frontières latérales ,de le fond ou la surface de l’océan •La gravité joue une rôle important seulement pour les mouvements verticaux Equilibre géostrophique résultante=0 et on a P=-Coriolis, cela veut dire que la force de pression et la force de Coriolis sont égaux en module, ont la même direction mais de sens oppose. •La friction n’existe pas parce qu’on est à l’intérieur de l’océan •La gravité n’existe pas parce qu’on n’a pas des mouvements verticaux

9. La spiraled’Ekman • Le courant de surface fait un angle de 45⁰ avec la direction du vent • Le déplacement moyen de l'eau est à 90° à droite du vent. • Plus la profondeur est grade d’autant plus diminue la vitesse du courent • A 100 m de profondeur l’eau se déplacera dans une direction oppose par rapport à celle de la surface

10. Sous l'effet du vent et de la déviation de Coriolis, le transport des eaux de surface provoque des phénomènes de divergences et de convergences Convergences L’anticyclone (dans le sens des aiguilles d'une montre dans l'hémisphère nord) Les vents anticycloniques provoquent un mouvement descendent d’eau de mer:<<ventilation>> Divergences Cyclones Les vents cycloniques provoquent un mouvement ascendant d’eau:<<le pompage d’Ekman>>

11. La formation des gyres La circulation générale se produit dans des grandes cellules Les gyres sont des grandes boucles d’eau en mouvement Il y a 5 gyres principaux(un dans chaque basin océanique) En général il y a 4 courants en chaque gyre(a l’exception des gyres subpolaires)

12. Variationsocéaniques, variationsclimatiques Le système climatique court sans cesse après un équilibre qu’ il ne peut jamais atteindre, une poursuite rendue même plus difficile par les gaz à effet de serre.

13. Les agents dynamiques: l’atmosphère et l’océan L’atmosphère L’océan • Tempstrès court de réponse aux perturbations • Reçoit une partie de son énergie de l'océan • Evolution très rapide • Impossible de faire une prévision météorologique au-déla de 15 jours à3 semaines • Temps d’evolution plus long • Amortit les variations climatiques • Fournit une partie de son énergie àl'atmosphère • Les courants distribuent l'autre partie au reste de la planète • Effets des perturbations ressentis des siècles plus tard • La portion d’océan à considérer dans uneprévision climatique dépend de l’echelle de temps choisie

14. Le couplage océan-atmosphère dans le Pacifique EquatorialLa cellule de Walker Branche ascendante (Indonesie) Branche descendante (Perou, Chili) • Courant Equatorial Sud: les alizés entraînent des eaux chaudes → contraste avec les remontées froides • Différences de température entre les deux rives • Surélévation du niveau de la mer de 50 cm – 1 m • Ouest: grande réserve d’eaux chaudes →évaporation et condensation→cumulo-nimbus porteurs de précipitations. • Liée de la branche ascendante par un courant d’altitude de ouest en est • Eaux océaniques froides • Pressions atmosphériques élevées, air sec, précipitations très rares • Cycle terminé par les alizés qui soufflent d’est en ouest *l’intensité de la cellule est proportionnelle avec le SOI (indice d’oscillation australe), donné par la différence de pression entre Tahiti et Darwin, Australie

15. Les variations interannuelles: l’ENSO (El Nino Southern Oscillaton) El Nino (phase chaude) La Nina (phase froide) • Intensités faibles des alizés et du courant équatorial Sud • Les eaux chaudes de l’Indonesie s’écoulent vers l’est→ pluies • A l’est les températures s’élèvent de 4 – 5̊ C • La pente de l’océan se diminue • Sécheresse (Indonesie et Australie), pluies abondantes (Perou), affaiblissement de la mousson indienne • Hivers doux et humides sur le nord-ouest de l’Amerique • Valeurs maximales de SOI (opposé d’El Nino) • Cellule de Walker et circulation océanique aux intensités maximales • Alizés vigoureuses • Convection maximale • Pente de l’océan maximale La Nina pousse le système à ses extrémités. El Nino le détruit...

16. Un nouvel acteur du climat: l’hommeL’océan et le gaz carbonique • Réjection anthropique de carbone:7 GT/an • L'océan est le plus grand réservoir naturel de carbone → 40000 GT • L’équilibre du système chimique océanique dépend des échanges de CO2 avec l’atmosphère • Ces échanges dépendent des concentrations relatives de l’atmosphère et de l’océan en gaz carbonique (pression partielle du gaz) • La solubilité du CO2est inversement proportionnelle avec la température de l’océan

17. Scénarios et modèles scientifiques de l’évolution climatique pour le prochain siècle • Augmentation de la température moyenne → 1,4 – 5,8̊ C • Elévation du niveau de la mer: 11 – 77cm • Perturbations accentuées→ El Nino → précipitations voire plus abondantes à Perou, sécheresse excessive en Indonésie • Augmentation de la NAO→ hivers doux, humides et agités (Europe de l’Ouest) • Ralentissement de la circulation termohaline→ paradoxe: augmentation globale de 3,8 – 7,4̊ C→ blocage qui refrigèrerait l’Europe. Ayant donnée l’augmentation de la température qu’on envisage à présent, le monde a de quoi s’inquiéter!

18. Voir, observer, mesurer, modéliser pour comprendre et prévoir

19. la modélisation: expérimentation et prévision La méthode classique: l’isolation du milieu originel (ou seulement un morceau) = le mésocosme Pourquoi ne pas l’utiliser? • Le danger pour les milieux naturels • L’impossibilité d’isoler la nature dans un laboratoire

20. Alors, quoi faire? On peut créer un modèle = une représentation du système dont on peut modifier les paramètres pour étudier leur impact Comment fonctionnent-ils? Les projections sont conçues après des expériences réalisées en imitant le milieu originel. Le rapport prévision-réalité donne la validité du modèle.

21. Avantages • La validité du modèle peut être vérifiée très vite (comme dans la météorologie) • La vitesse de correction des erreurs de projection Inconvénients • La limitation du pouvoir des ordinateurs • Dans le cas de El Niño, les prévisions peuvent se tromper toujours à cause de son irrégularité

22. La modélisation de la dynamique océanique L’équation Navier-Stokes est à la base de la modélisation; elle nécessite des calculs répétés. l’équation Navier-Stokes On doit: savoir définir les forces et les interactions rattacher à l’équation les spécificités du milieu pour régler le modèle.

23. L’observation « in situ » des océans 1925 – 1927: L’Allemagne entreprit une série de voyages dans le sud de l’Atlantique, où elle a installé quelques stations de mesure. Maintenant, des observations de température des premiers 500 mètres de l’océan sont réalisées régulièrement.

24. En raison de El Niño, le programme TOGA (« Tropical Ocean and Global Atmosphere ») a été créé. Ainsi, on a construit un réseau d’observation du Pacifique: • Des chaînes de mesure de la température • Des stations météorologiques • Des courantomètres et salinomètres Il y a encore du progrès à faire! • Le coût nécessaire pour un système complet d’observation est trop grand • les résultats ne sont pas encore précis

25. Produit final Interview avec le géophysicien Nicolae Panin • En ce qui concerne l’augmentation de la quantité de gaz carbonique dans l’océan planétaire, quels effets envisagez-vous pour ce phénomène? • De nos jours, on parle du réchauffement global. Quand même, les spécialistes envisagent un refroidissement de l’Europe. Comment expliquez-vous ce phénomène?

26. Selon vous, combien de confiance peut-on faire aux techniques de modélisation et simulation dans les prévisions climatiques à long terme? • Ayant donné le fait que l’océan réagit très lentement aux perturbations, croyez-vous que si on arrêtait tout émission de gaz carbonique, cela aurait le pouvoir d’annuler les effets négatives? • En ce qui vous concerne, quelle est la plus efficace méthode de prévision et prévention des menaces que les changements subis par l’océan imposent au climat terrestre?

27. Groupe de travail: • David Andrei Mircea • PanaitescuOtilia Violeta • SmeuAndreea Cristina Professeurs coordonateurs: Ileana Patrichi– Professeur de Physique FlorentinaManolache – Professeur de Biologie Mariana Vișan – Professeur de Français Cecilia Popescu – Professeur de Français