Circulation thermohaline : définition et fonctionnement

La circulation thermohaline ou la ceinture transportatrice océanique est un phénomène fondamental de la circulation océanique globale résultant des variations de la température et de la salinité de l’eau de mer. Ce système complexe de courants marins se développe en raison des différences de densité de l’eau, qui elles-mêmes sont influencées par la température et par la salinité.

La salinité de l’eau de mer provient de procédés variés, tels que la dissolution de sels minéraux issus de la croûte terrestre et la libération d’ions lors de la formation de glace dans les régions polaires. La température, quant à elle, influe sur la densité de l’eau, car l’eau plus froide est plus dense que l’eau plus chaude.

La circulation thermohaline débute par la formation d’eaux profondes denses dans les régions polaires, où l’eau se refroidit considérablement et devient plus salée à cause du processus de congélation de la glace. Cette eau dense, connue sous le nom d’eau profonde ou d’eau de fond, s’enfonce au fond de l’océan et se dirige vers les régions équatoriales, établissant une courant de circulation profonde.

À mesure que cette eau profonde se déplace vers l’équateur, elle se réchauffe progressivement et se mélange avec les couches d’eau moins denses. Par la suite, elle remonte vers la surface, complétant le cycle de la circulation thermohaline. Cette remontée des eaux dans les régions équatoriales permet le transfert de chaleur des profondeurs de l’océan vers la surface, influençant les schémas climatiques régionaux et mondiaux.

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Le cycle de la circulation thermohaline opère en plusieurs étapes, débutant dans les régions polaires et aboutissant dans les zones équatoriales. Voici les étapes clés du processus :

1. Formation d’eau dense dans les régions polaires : dans les régions polaires, notamment dans les océans Arctique et Antarctique, l’eau de surface s’entoure de manière importante pendant l’hiver. À mesure que la température diminue, l’eau devient plus dense. De plus, le processus de congélation des glaces libère du sel dans l’océan, augmentant la salinité de l’eau.
2. L’enfoncement de l’eau dense : lorsque l’eau devient suffisamment dense, en raison de sa basse température et d’une salinité plus élevée, elle tend à plonger vers les couches les plus profondes de l’océan. Cet enfoncement marque le début du courant de circulation profonde.
3. Flux d’eau profonde vers les régions équatoriales : une fois l’enfoncement survenu, l’eau profonde commence son trajet des régions polaires vers les zones équatoriales par le biais de courants profonds. Ce flux est propulsé par la différence de densité entre l’eau profonde et les couches moins denses dans d’autres parties de l’océan.
4. Chauffage et mélange dans les régions équatoriales : à mesure que l’eau profonde se déplace vers les zones équatoriales, elle rencontre des couches d’eau moins denses et se réchauffe progressivement. Le mélange résultant entre les eaux profondes et les couches moins denses se produit dans ces régions équatoriales.
5. Montée vers la surface : l’eau, désormais moins dense en raison du réchauffement, remonte vers la surface dans les régions équatoriales. Cette remontée complète le cycle de la circulation thermohaline.
6. Transfert de chaleur vers l’atmosphère : la remontée de l’eau vers la surface apporte de la chaleur des profondeurs de l’océan. Ce processus influe sur les schémas climatiques régionaux et sur le transfert de chaleur vers l’atmosphère.
7. Réinitialisation du cycle : une fois à la surface, l’eau qui vient de remonter peut retourner vers les régions polaires par des courants de surface, où elle se refroidit à nouveau et déclenche un nouveau cycle de circulation thermohaline.

Ce cycle de circulation thermohaline contribue de manière significative à la répartition globale de la chaleur et au transport des nutriments (c’est pourquoi on l’appelle aussi la ceinture transportatrice océanique), jouant un rôle important dans la régulation du climat et dans la biodiversité marine.

Si la circulation thermohaline se déstabilise ou subit des modifications significatives, cela aurait des conséquences substantielles sur le climat global et sur les patrons océanographiques. Voici quelques-uns des impacts potentiels :

• Changements climatiques régionaux : si elle s’interrompait ou s’affaiblissait fortement, les régions qui dépendent de cette circulation pourraient connaître des changements climatiques brusques. Par exemple, les zones côtières bénéficiant du transport de chaleur de l’équateur vers des latitudes plus élevées pourraient devenir plus froides.
• Variations du niveau de la mer : la circulation thermohaline est également liée aux schémas de circulation qui influencent les niveaux de la mer dans différentes régions. Des altérations de cette circulation pourraient provoquer des variations du niveau de la mer dans certaines zones.
• Impact sur la biodiversité marine : les courants océaniques générés par la circulation thermohaline sont essentiels pour la distribution des nutriments et la vie marine. Interrompre ce flux affecterait la disponibilité des nutriments dans diverses régions, ce qui aurait des conséquences sur la biodiversité marine et les réseaux trophiques.
• Modifications des schémas de précipitations : la circulation thermohaline influence également les schémas atmosphériques, et des changements dans ce système pourraient avoir des répercussions sur la répartition des pluies. En affectant le transfert de chaleur entre l’océan et l’atmosphère, des variations dans les précipitations pourraient émerger, influençant les conditions climatiques sur terre.
• Ralentissement du stockage du carbone : l’océan absorbe d’importantes quantités de CO2 atmosphérique. L’interruption de la circulation thermohaline ralentirait ce processus, ce qui pourrait avoir des implications pour le changement climatique en augmentant la quantité de CO2 dans l’atmosphère.
• Épisodes climatiques extrêmes : les changements dans la circulation océanique peuvent influencer la fréquence et l’intensité des événements climatiques extrêmes, tels que les ouragans et les typhons. Des altérations du transfert de chaleur entre l’océan et l’atmosphère pourraient influencer la formation et l’intensification de ces phénomènes.

Bien que nous ayons analysé les conséquences d’un arrêt de la circulation thermohaline, ce scénario reste hautement improbable à court terme. Cependant, les recherches suggèrent que des changements dans cette circulation pourraient se produire en réponse au changement climatique accéléré par l’homme.

Ces éléments soulignent l’importance de la circulation thermohaline pour le climat et les écosystèmes marins.

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