Chapitre V (Début)

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S. Speich - N.Daniault Climat 5_ 1
Chapitre 5
Chapitre 5
La circulation oc
La circulation océ éanique anique
UE libre UBO
UE libre UBO
CLIMAT :
CLIMAT :
Pass
Passé é, pr , pré ésent, futur sent, futur
S. Speich - N.Daniault Climat 5_ 2
Pourquoi s’intéresser à l’océan dans
l’étude du climat?
Terre := LA ”PLANETE BLEUE“, en fait les océans couvrent 70 %
Surface
Capacité calorifique importante (stockage de la chaleur)
masse : 300 fois celle de l’atmosphère
capacité calorifique : x 1200 fois celle de l’atmosphère
Grande Inertie thermique Inertie thermique
Cycle du carbone :
Stocke 38 000 Gigatonnes contre seulement 750 pour
l’atmosphère
S. Speich - N.Daniault Climat 5_ 3
Plan du chapitre
1 - Généralités
Quelques Chiffres
Le cycle de l'eau
2 - Composition et structure
Océan := fluide liquide = Eau salée
Salinité
Température
Masse volumique
3 - Les circulations océaniques : quels moteurs ?
Le bilan radiatif des océans
Les vents
la circulation de surface
la circulation
la circulation thermohaline thermohaline
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L'oc
é
an en chiffres
•70 % Surface : LA "PLANETE BLEUE"
•Couche très mince : 1/1700 du rayon
terrestre (3 à 4km)
•300 fois la masse de
l'atmosphère = (0.024%
de la masse terrestre)
•Chaleur massique
(4000J/kg/K)
4 fois celle de l’air

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S. Speich – N Daniault UBO Climat 5_ 5
•Mais combien d’eau il y a-t-il dans les océans?
•Comment il y arrive-t-elle?
•Quelle est la conséquence de ces deux points ?
L'oc
é
an = grande r
é
serve d
’
eau
Le cycle hydrologique terrestre
Évaporation
Condensation
Transpiration
Précipitation
Ruissellement
Percolation
Eau souterraine
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Ce cycle se divise en deux parties intimement liées :
- une partie atmosphérique qui concerne la circulation de l’eau dans
l’atmosphère, sous forme de vapeur d’eau essentiellement,
- une partie terrestre qui concerne l’écoulement de l’eau sur les
continents, qu’il soit superficiel ou souterrain.
Dans la haute atmosphère, des molécules d’eau sont constamment
décomposées par les rayons ultraviolets solaires et l’hydrogène ainsi
créé, trop léger pour être retenu par la gravité, s’échappe dans l’univers.
Cependant, il semblerait que ces phénomènes restent suffisamment
négligeables pour que globalement la quantité totale d’eau dans
l’hydrosphère reste constante : l’analyse des sédiments marins a en
particulier révélé que le volume des eaux océaniques avait très peu varié
depuis un milliard d’années.
On peut donc considérer que le cycle de l’eau est stationnaire c’est à
dire que toute perte d’eau par l’une ou l’autre de ses parties,
atmosphérique ou terrestre, est compensée par un gain d’eau par l’autre
partie.
Le cycle hydrologique terrestre
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Au cours du XXe siècle, la population mondiale est passée de 1,7
milliards d'individus en 1900 à plus de 6 milliards en l'an 2000 (6,7 en
2008). Alors que la population triplait, la consommation en eau de
l'humanité était multipliée par plus de six!
Ce formidable essor de la consommation en eau est dû non seulement à
cette démographie galopante, mais aussi à l’augmentation de la demande
moyenne en eau par habitant, une conséquence de l’accès de plus en plus
facilité à l’eau potable, et de l'exceptionnel développement industriel et
surtout agricole qu’a connu le XXe siècle.
Ref: http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/doseau/accueil.html
Le cycle hydrologique terrestre
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3 %97%
90%
L'océan = 97% de l'eau disponible sur Terre
Exemple : en France, les pluies (0.6 m/an) viennent de 45% de l'océan
P > E :
--> ruissellement
P < E
Retour par fleuves
(2% sur les 3%)

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L'oc
é
an =
r
é
servoir o
ù
l'eau reste le plus longtemps
Mélange complet de l'océan :
plusieurs centaines d'années
Mélange complet de la troposphère :
quelques mois ....
--> Les TEMPS DE RÉSIDENCE de l'eau sont
DIFFERENTS selon les réservoirs
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L'océan =
r
é
servoir o
ù
l'eau reste le plus longtemps
http://www.cite-sciences.fr/ conférence sur le cycle de l’eau
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L'oc
é
an en chiffres
•Volume des bassins
dépend de la
géodynamique
(ouverture et fermeture
des océans)
= 1.35 G km
3
•Profondeur moyenne
de 3800 m (marges
passives , dorsales et
fosses)
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Plan du chapitre
1 - Généralités
Quelques Chiffres
Le cycle de l'eau
2 - Composition et structure
Océan := fluide liquide = Eau salée
Salinité
Température
Masse volumique
3 - Les circulations océaniques : quels
moteurs ?
Le bilan radiatif des océans
Les vents
la circulation de surface
la circulation thermohaline

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OCEAN :=
LIQUIDE := EAU
Propriétés de l’eau H
2
O
La molécule d’eau est constituée d’ 1
atome d’Oxygène et 2 d’Hydrogène
L’atome d’Oxygène possède 8 électrons
dans sa périphérie; L’atome d’Hydrogène
en possède 1: chaque atome met en
commun un électron pour former un
doublet d’électrons liant les deux atomes
par une liaison covalente (forte).
Ceci donne lieu à la forme de la molécule
d’eau: un compas ouvert à 104,52
o
, dont
l’axe est occupé par un atome d’oxygène,
et les pointes par deux atomes
d’hydrogène.
Cette forme particulière de la molécule
d’eau fait qu’elle est polarisé.
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Lien
Lien hydrog hydrogè ène ne
Molécule d’eau
lien
hydrogène
Des liaisons peuvent se
former entre les molécules
d’eau car ce sont des
molécules polaires et les
charges de signes
contraires s’attirent. Ces
liaisons, dues à la polarité,
s’établissent entre les
atomes d’hydrogène de
certaines molécules d’eau
et les atomes d’oxygène de
molécules d’eau voisines.
On les appelle des "liaisons
hydrogène".
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OCEAN := LIQUIDE := EAU
Dans la glace, toutes les molécules d'eau sont liées et forment une structure tétraédrique
assez lâche. La fusion de la glace entraîne un tassement des molécules. Les différentes
propriétés originales de l'eau découlent de la polarisation de la molécule d'eau et de
l'existence de la liaison hydrogène.
Assemblage des molécules d'eau Structure de la glace
Propriétés de l’eau H
2
O
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Propri
Proprié ét té és particuli s particuliè ères de l res de l’ ’eau eau
L’eau existe sur Terre sous trois
formes: Solide, Liquide, et Gazeuse
Propriétés thermiques importantes
•Points de congélation et d’ébullition élevés
•Chaleur spécifique élevée (4.18 103J kg-1 °C-1)-elle gagne/perd plus
de chaleur que n’importe quelle autre substance
•Chaleur latente d'évaporation élevée (2.26 106J kg-1)
•Chaleur latente de fusion élevée (3.33 105J kg-1)

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Propriétés de l’eau pure
H
2
O
• Chaleur spécifique élevée (la + haute de tous les solides et liquides sauf
ammoniaque NH
3
) : Inertie thermique, bon milieu de stockage et de
transport
• Chaleur latente de fusion et d’évaporation: Gros effets thermostatiques
aux changements de phase ; crucial lors des transferts d’énergie entre
océan et atmosphère
• Transparence dans le visible, absorption d’infrarouge et ultraviolet:
effet de serre
• Constante diélectrique élevée (sépare bien les ions chargés): facilite
l’ionisation des substances dissoutes.
• Peu compressible
• La densité du liquide (eau) est plus grande que celle du solide (glace): la
glace flotte ; océans rivières et lacs gèlent depuis la surface.
• L’eau est un liquide très mobile
• L’eau est un très bon solvant: c’est une des causes de la salinité de l’eau
de mer (les rivières lessivent le continent et conduisent dans l’océan de
grandes quantités de sels dissous, alors que c’est l’eau douce qui s’évapore à
partir de l’océan.
S. Speich – N Daniault UBO Climat 5_ 18
OCEAN := LIQUIDE := EAU
Propriétés de l’eau
Masse volumique de l’air =
1,3 kg m
-3 (à la surface de la Terre)
Masse volumique de l’eau =
1000 kg m
-3
Masse volumique de l’eau =
1000 fois celle de l’air au
niveau de la mer
Eau pure
Masse volumique (g cm
-3
)
S. Speich – N Daniault UBO Climat 5_ 19
DIFF
DIFFÉ ÉRENCES OC RENCES OCÉ ÉAN AN- -ATMOSPH ATMOSPHÈ ÈRE RE
p
TOT
atm
= 1000 hPa << p
TOT
océan
= 500 000 hPa
ρ
ρρ
ρ
atm
= 1.3 kg m
-3
<< ρ
ρρ
ρ
eau
= 1000 kg m
-3
Allure de la pression
atmosphérique en
fonction de l’altitude
Allure de la pression
océanique en fonction
de la profondeur
L’océan atteint la valeur de la pression atmosphérique déjà à 10 m de
profondeur (Pocéan à -10m=Ptot.atmos= 1 atmosphère = 1000 hPa!)
S. Speich – N Daniault UBO Climat 5_ 20
ρ
ρρ
ρ
atm
<< ρ
ρρ
ρ
eau
cons
consé équences sur le bilan radiatif quences sur le bilan radiatif
propri
proprié ét té és optiques diff s optiques diffé érentes rentes
capacit
capacité és calorifiques diff s calorifiques diffé érentes rentes
DIFF
DIFFÉ ÉRENCES OC RENCES OCÉ ÉAN AN- -ATMOSPH ATMOSPHÈ ÈRE RE
masse atmosph
masse atmosphè ère << masse oc re << masse océ éan an