Circulation thermohaline : définition et fonctionnement

La circulation thermohaline, également appelée ceinture transportatrice océanique, est un phénomène fondamental de la circulation océanique mondiale résultant des variations de température et de salinité des eaux marines. Ce système complexe de courants est dû aux différences de densité dans l’eau, influencées par la température et la salinité.

La salinité des eaux marines provient de divers processus, tels que la dissolution de sels minéraux issus de la croûte terrestre et la libération d’ions lors de la formation de glace en régions polaires. La température, de son côté, module la densité: l’eau plus froide est plus dense que l’eau tiède.

La circulation thermohaline prend naissance avec la formation d’eaux profondes denses dans les zones polaires, où l’eau se refroidit fortement et devient plus salée en raison du processus de congélation des glaçons polaires. Cette eau dense, nommée eau profonde ou eau de fond, s’enfonce jusqu’au plancher océanique et circule 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 mêle aux couches d’eau moins denses. Par la suite, elle remonte à la surface, complétant le cycle de la circulation thermohaline. Cette remontée permet le transfert de chaleur des profondeurs vers la surface, influençant les régimes climatiques régionaux et mondiaux.

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Le cycle de la circulation thermohaline opère en plusieurs étapes, partant des régions polaires et aboutissant dans les zones équatoriales. Voici les principaux jalons:

1. Formation d’eau dense dans les régions polaires: dans les régions polaires, notamment les mers Arctique et Antarctique, l’eau de surface se refroidit fortement durant l’hiver. À mesure que la température chute, l’eau gagne en densité. Par ailleurs, le processus de congélation des glaçons libère du sel dans l’océan, augmentant la salinité.
2. Affaissement de l’eau dense: lorsque l’eau atteint une densité suffisante grâce à son refroidissement et à une salinité plus élevée, elle s’enfonce vers les couches plus profondes de l’océan. Cet affaissement marque le début du courant profond.
3. Flux d’eau profonde vers les régions équatoriales: une fois l’enfoncement déclenché, l’eau profonde entame sa traversée des pôles vers les zones équatoriales via les courants profonds. Ce flux est alimenté par la différence de densité entre l’eau profonde et les couches moins denses à d’autres endroits de l’océan.
4. Chauffage et mélange dans les régions équatoriales: en avançant vers les zones équatoriales, l’eau profonde rencontre des couches moins denses et se réchauffe progressivement. Le mélange résultant entre eaux profondes et eaux superposées se produit dans ces régions.
5. Remontée à la surface: l’eau, désormais moins dense après le réchauffement, remonte vers la surface dans les régions équatoriales. Cette remontée complète le cycle.
6. Transfert de chaleur à l’atmosphère: en remontant, l’eau libère de la chaleur vers l’atmosphère. Ce mécanisme influence les schémas climatiques régionaux et contribue au transfert thermique océan-atmosphère.
7. Redémarrage du cycle: une fois en surface, l’eau qui remonte peut être véhiculée par les courants de surface vers les pôles, où elle se refroidit à nouveau et le cycle recommence.

Ce cycle joue un rôle majeur dans la répartition mondiale de la chaleur et le transport des nutriments (d’où son surnom de ceinture transportatrice des océans), et il est central pour le climat et la biodiversité marine.

Si la circulation thermohaline s’arrêtait ou subissait des modifications importantes, cela causerait des conséquences substantielles sur le climat mondial et les schémas océanographiques. Voici quelques impacts possibles :

• Modifications du climat régional: si elle était interrompue ou fortement affaiblie, les régions qui dépendent de cette circulation pourraient connaître des bouleversements climatiques. Par exemple, les zones côtières qui bénéficient du transport de chaleur depuis l’équateur vers les hautes latitudes pourraient devenir plus froides.
• Variations des niveaux de la mer: la circulation thermohaline est liée à des schémas de circulation qui influent sur les niveaux de la mer dans différentes régions. Des perturbations pourraient modifier la répartition des masses d’eau, affectant les niveaux de la mer dans certaines zones.
• Impact sur la biodiversité marine: les courants résultants de cette circulation servent à la distribution des nutriments et au maintien de la vie marine. Perturber ce flux influencerait la disponibilité des nutriments dans diverses régions, avec des conséquences pour la biodiversité et les réseaux trophiques.
• Modification des régimes de précipitations: la circulation thermohaline influence aussi les schémas atmosphériques; des changements dans ce système pourraient affecter la répartition des pluies. En modifiant le transfert de chaleur entre l’océan et l’atmosphère, des variations des schémas de précipitation pourraient apparaître, influençant les conditions climatiques sur terre.
• Ralentissement de la séquestration du carbone: l’océan absorbe d’importantes quantités de CO2 atmosphérique. L’interruption de la circulation thermohaline ralentirait ce processus, ce qui pourrait influencer le changement climatique en augmentant la quantité de CO2 dans l’atmosphère.
• Épisodes climatiques extrêmes: des variations de la circulation océanique peuvent influencer la fréquence et l’intensité d’événements climatiques extrêmes, tels que cyclones et typhons. Des modifications du transfert de chaleur entre l’océan et l’atmosphère pourraient affecter la formation et la vigueur de ces phénomènes.

Bien que nous ayons examiné les conséquences d’un arrêt de la circulation thermohaline, ce scénario demeure extrêmement improbable à court terme. Toutefois, des recherches suggèrent que des modifications de cette circulation pourraient survenir en réponse au réchauffement climatique d’origine humaine.

Cette section vise à offrir une compréhension plus riche des phénomènes océaniques et de leur importance pour le climat, sans proposer d’autres lectures obligatoires.