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La machine climatique

Dossier - Le Gulf Stream peut-il s'arrêter ?
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Le Gulf Stream est le principal système de courants de l'Atlantique occidental. Formé à l'Est de la Floride par plusieurs masses d'eaux issues du Golfe du Mexique, il se divise en segments, aux tracés sinueux, dirigés vers l'Est et le Nord-Est.

  
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Le système climatique est alimenté par une seule source d'énergie : le Soleil qui la dispense sur Terre de manière très inégale. L'énergie reçue est maximale dans les régions équatoriales et minimale aux pôles. Le système climatique est une machine à transformer et à redistribuer cette énergie sur la Terre par le canal de deux fluides vecteurs : l'atmosphère et l'océan. Mais l'atmosphère et l'océan ne sont pas mis en mouvement par les mêmes mécanismes contrairement à ce que pensait Arago qui inspira à Maury sa comparaison du Gulf Stream avec une installation de chauffage central.

Si l'atmosphère fonctionne effectivement comme une machine thermique entre une source chaude équatoriale et une source froide polaire cela n'est pas le cas de l'océan. L'atmosphère est transparente au rayonnement solaire direct (majoritairement dans le visible). Elle n'en absorbe que 29%. Le reste soit 71% est absorbé par les océans et les continents qui le restitueront à l'atmosphère par rayonnement infra-rouge, évaporation et échange de chaleur sensible. Au final et compte tenu des pertes d'une partie du rayonnement infra rouge émis par les océans et les continents l'approvisionnement énergétique de l'atmosphère vient de l'absorption directe du rayonnement solaire pour 34% de l'océan pour 45% et des continents pour 21%. (voir figure ci-dessous)

Figure 2 : Bilan de l'énergie reçue du soleil en W/m2 L'énergie disponible pour le système climatique est la somme de l'énergie absorbée par l'atmosphère(67) et de l'énergie absorbée par la surface(océan+continent : 168) soit 235W/m2. Sur les 168 absorbés à la surface de la terre 40 traversent l'atmosphère, sont renvoyés dans l'espace et donc perdus pour le système. Le reste sera transféré à l'atmosphère par conduction((24), évaporation(78) et rayonnement infra rouge(26) soit au total 128 W/m2. L'énergie totale disponible dans l'atmosphère est donc : 67+128= 195 W/m2, 34% par absorption directe et, une analyse plus poussée le montrerait, 45% venant de l'océan et 21% des continents. L'océan est le principal fournisseur d'énergie de l'atmosphère. - Cliquez pour agrandir l'image

C'est dire que l'atmosphère, contrairement à ce que l'on pourrait penser au premier abord, est alimentée par le bas. Configuration éminemment instable qui met l'atmosphère en mouvement et rend judicieuse la comparaison avec une installation de chauffage central dont la « chaudière » serait principalement l'océan équatorial dans la Zone Intertropicale de Convergence(le fameux pot au noir). A l'inverse l'océan qui reçoit l'énergie solaire en surface est a priori dans une situation stable et ne fonctionne pas spontanément comme un machine thermique. Les eaux chaudes sont en surface et n'ont aucune raison de s'enfoncer vers les profondeurs contrairement à ce que pensaient Arago et Maury persuadés, à tort, que le vent était bien incapable d'entraîner les grands courants océaniques.

Si comparaison avec une installation de chauffage central il devait y avoir, ce serait alors une installation montée à l'envers où la chaudière serait installée au sommet de l'installation ! C'est bien, via le vent, l'atmosphère qui, lui rendant une part de l'énergie qu'il lui a fournie, met en mouvement l'océan et en fait , à égalité avec l'atmosphère, un transporteur de chaleur vers les hautes latitudes.

Figure 3 : La circulation atmosphérique méridienne de l'équateur vers les pôles . L'océan équatorial dans la zone intertropicale de convergence sert de chaudière à l'atmosphère. Le transfert de chaleur vers les pôles se fait ensuite par une succession de cellules qui génère une alternance de hautes(anticyclone des Açores, hautes pressions polaires) et basses(dépression d'Islande) pressions. - Cliquez pour agrandir l'image

En raison de la rotation de la Terre(force de Coriolis) les transports de chaleur ne se font pas en ligne droite de l'équateur vers les pôles mais par le biais d'une succession de systèmes tourbillonnaires qui génèrent de l'équateur vers les pôles une succession de zones de haute et basse pression (Figure 3) dont la première étape est constituée des grandes circulations anticycloniques subtropicales que l'on rencontre dans tous les océans : celles, par exemple, des Açores et de Sainte Hélène pour l'Atlantique et la seconde par des systèmes dépressionnaires comme celui d'Islande dans l'Atlantique ou des Aléoutiennes dans le Pacifique.(Figure 4)

Figure 4 : Le champ de pression atmosphérique moyen au niveau de la mer dans l'Atlantique. En rouge : le centre de l'anticyclone des Açores, en violet le centre dépressionnaire d'Islande.