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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.
Les mouvements combinés de l'océan et de l'atmosphère et l'énergie qu'ils échangent entre eux notamment dans les processus d'évaporation et de précipitation reviennent à des échanges de densité entre différentes régions océaniques. L'évaporation (transfert d'eau douce de l'océan à l'atmosphère) augmente la salinité et donc la densité de l'eau de mer. L'atmosphère restituera ailleurs une part de cette eau douce à l'océan sous forme de précipitations avec comme conséquence une diminution de la salinité et donc de la densité.
Ce sont les variations de densité qui découlent de ces échanges qui produisent la circulation « thermohaline » (de thermos = chaud et alos = sel, les deux paramètres qui déterminent la densité de l'eau de mer). Lorsque les eaux de surface deviennent plus denses que les eaux qu'elles surmontent, elles s'enfoncent jusqu'à la profondeur correspondant à leur équilibre hydrostatique. C'est ce phénomène de convection que l'on observe en Mer du Groenland dans l'Atlantique Nord où les eaux de surface plongent jusqu'à une profondeur de 3 500 mètres environ : ce sont les eaux profondes Nord Atlantique (EPNA) qui vont se répandre à travers tout l'océan et remonter progressivement vers la surface, dans le Pacifique Nord par exemple pour revenir à leur point de départ en Mer du Groenland via les détroits indonésiens, le Courant des Aiguilles, le Courant de Benguela, le Courant Equatorial Sud, le Gulf Stream , la dérive Nord Atlantique et enfin le Courant de Norvège. C'est le fameux tapis roulant (cf. Figure 9).
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Figure 9 : Le « tapis roulant », ou conveyor belt, de la circulation thermohaline. En bleu, la circulation profonde. En rose et en mauve, le retour en surface par la route froide à travers le passage de Drake, entre l'Amérique du Sud et l'Antarctique, et la route chaude depuis le nord du Pacifique à travers les détroits indonésiens
Cette circulation thermohaline joue un rôle climatique très important : c'est elle et non le Gulf Stream qui contrôle les transports océaniques de chaleur vers les hautes latitudes dans l'Atlantique Nord. La convection en Mer du Groenland crée, en effet, un véritable « appel d'eau » dont le flux est d'environ 15 millions de m3 par seconde qui accroissent d'autant les débits du Courant de Norvège, du courant Nord Atlantique et du Gulf Stream et donc la quantité de chaleur qu'ils transportent vers les hautes latitudes (cf. Figure 10).
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Figure 10 : Les flux de chaleur transportés par l'océan en 1013 W. Alors que dans l'océan Pacifique les transports de chaleur se font à peu près symétriquement vers le Nord et vers le Sud par rapport à l'équateur dans l'Atlantique les transports se font intégralement vers le nord. A 60°N le flux transporté est de 26 dans l'Atlantique contre seulement 1 dans le Pacifique : c'est le résultat direct de la formation des eaux profondes dans l' Atlantique Nord qui n'a pas son équivalent dans le Pacifique.
Que la convection en Mer du Groenland et la circulation thermohaline ralentissent fortement ou même s'arrêtent comme ce fut semble-t-il le cas en période glaciaire et c'est le flux de chaleur équivalent à ces 15 millions de mètres cube par seconde qui sont perdus pour l'Atlantique nord faisant craindre alors, compte tenu de ce déficit thermique, l'irruption dans ces régions d'un refroidissement significatif au lieu du réchauffement promis par l'accroissement de l'effet de serre. Mais dans cette hypothèse le Gulf Stream dont le débit dépasse 100 millions de mètres cube par seconde au Cap Hatteras continue lui sa route sur le bord ouest de l'anticyclone des Açores.
La véritable question qui est posée et qu'il est légitime de poser lorsque l'on demande si le Gulf Stream va s'arrêter est alors la suivante : le réchauffement global peut-il conduire à un ralentissement voire un arrêt de la circulation thermohaline et donc du transport océanique de chaleur correspondant vers les hautes latitudes dans l'Atlantique nord ?