La circulation océanique joue un rôle clé dans la régulation du climat, en assurant le stockage et le transport de chaleur, de carbone, de nutriments et d’eau douce à travers le monde. Les eaux des mers et des océans se déplacent constamment à l’échelle planétaire. L’ensemble de ces mouvements constitue ce qu’on appelle la circulation océanique et se traduit par des courants marins. Ces eaux se déplacent aussi bien en surface qu’en profondeur. La circulation océanique peut être conceptuellement divisée en deux composantes : une circulation rapide de surface, engendrée par les vents, et une circulation large et plus lente, gouvernée en majeure partie par la densité de l’eau.
Les moteurs des courants de surface : l'influence atmosphérique
En soufflant au-dessus de l’océan, les vents exercent une force de friction à sa surface, forçant ainsi l’apparition de courants marins superficiels. Ces courants se définissent par de vastes mouvements d’eau provoqués par la circulation des vents (circulation atmosphérique) à la surface des océans. Sous l’effet de la rotation de la Terre, ces courants se dirigent perpendiculairement à la direction du vent, vers la droite dans l’hémisphère nord et vers la gauche dans l’hémisphère sud.
La dynamique des masses d'air explique la formation des vents. Le déplacement des masses d'air à la surface de la Terre est généré par un principe physique très simple : l'air chaud, moins dense que l'air froid, s’élève. L'air chaud à présent en altitude se déplace en créant des vents d'altitude. En refroidissant, l'air redescend jusqu'à la surface du sol. L'air froid est ainsi aspiré vers la surface que l’air chaud quitte en montant. Ainsi, les vents de surface ont un effet particulier sur les gigantesques masses d'eau de surface que sont les océans. Les vents de surface sont capables d'entraîner les masses d'eau dans la direction où ils soufflent, créant ainsi les courants océaniques de surface. Lorsque de tels courants se rencontrent, des zones de convergence ou de divergence d’eaux apparaissent, engendrant des phénomènes d’upwelling (les eaux profondes remontent à la surface) ou de downwelling (les eaux de surface s’enfoncent dans les profondeurs). Cette circulation engendrée par les vents est de loin la plus dynamique et la plus énergétique.
La circulation thermique et la plongée des eaux aux pôles
À l’inverse, les variations dans la densité de l’eau contrôlent la circulation océanique à des échelles de temps et d’espace bien plus grandes. Cette dernière est donc gouvernée principalement par la température et la salinité de l’eau, mais pas uniquement : le mélange turbulent y exerce aussi un rôle majeur. Également appelés courants de densité, les courants de profondeur proviennent des différences de température et de salinité dans l’océan. Lorsqu’elle part de l’équateur, l’eau est chaude puisqu’elle est soumise au rayonnement solaire. À l’inverse, lorsqu’elle se rapproche des pôles, l’eau refroidit puis gèle. Ainsi, l’eau liquide au niveau des pôles est non seulement très froide mais aussi très salée.
En certains points très précis, essentiellement dans l’Atlantique nord et l’Antarctique, l’eau de surface se densifie et plonge vers les fonds marins. Sa densification est en lien avec un refroidissement des eaux de surface et une augmentation de sa salinité par la formation de glace qui soustrait de l’eau douce. Un refroidissement de l'eau de surface entraîne une plongée des eaux froides en profondeur. Cette masse d'eau va circuler jusqu'à des zones chaudes, où une fois réchauffée l'eau remontera en surface. C’est l’origine des grands courants sous-marins. L’ensemble des courants de surface et de profondeur forment une grande boucle appelée la circulation thermohaline. Ces eaux profondes s’écoulent le long de l’Atlantique sud puis remontent vers l’océan Indien.
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L'impact des courants sur le climat régional
Les courants marins peuvent être chauds ou froids selon leur position sur la planète. Ils ont une influence majeure sur le climat. Les masses d'eau du Gulf Stream, qui ont été chauffées dans le Golfe du Mexique, arrivent alors jusqu'à la côte Atlantique française. Ce courant remonte vers le Nord en traversant l'océan Atlantique. Ces eaux chaudes, présentes en hiver comme en été, réchauffent les températures hivernales de la France. À l'opposé, les vents froids qui proviennent du pôle nord créent, quant à eux, un courant océanique qui descend vers le Sud, en longeant la côte nord-américaine : le courant du Labrador. Ces masses d'eau froide rafraîchissent les températures hivernales du nord-est de l’Amérique.
La forme sphérique de la Terre est à l’origine d’une inégale répartition de l’énergie lumineuse du Soleil sur notre planète, ce qui influence la répartition des climats. C’est au niveau de l’équateur que l’énergie est la plus concentrée, tandis qu'en s’éloignant vers les pôles, l’énergie lumineuse est moins concentrée : il fait donc plus froid. Cette différence thermique est le moteur fondamental qui pousse l'océan à redistribuer la chaleur des zones équatoriales vers les zones polaires.
La fragilité de la circulation globale face au changement climatique
La circulation océanique lente est très sensible au flux global d’eau douce, défini comme la différence entre l’évaporation et la formation de glace de mer (qui augmentent la salinité) et les précipitations, l’écoulement et la fonte des glaces (qui réduisent la salinité). Le réchauffement climatique va indéniablement conduire à un apport supplémentaire d’eau douce dans l’océan aux hautes latitudes à cause de la fonte des calottes polaires. Cet apport d’eau douce, en réduisant la densité des eaux de surface au niveau des pôles, pourrait limiter les phénomènes de downwelling, ralentissant ainsi la circulation globale en empêchant la formation d’eaux profondes.
En cause : l’évolution des courants marins qui perturbe la circulation thermohaline, pourtant essentielle à la régulation du climat et des écosystèmes marins. Cette fonte rapide des glaces entraîne une accumulation d’eaux froides et non salées à l’intérieur du Gulf Stream. Le gyre de Beaufort, système anticyclonique de circulation dans l’océan Arctique, a accumulé une très grande quantité d’eau froide et douce, environ 8 000 km3. En stockant de l’eau douce près de la surface de l’océan, le gyre de Beaufort contribue à équilibrer l’environnement polaire. En flottant sur l’eau salée, ce réservoir d’eau douce permet de protéger les glaces des océans de la fonte. Si ce gyre venait à libérer cet excès d’eau douce, cela aurait des implications sur le climat, notamment sur celui de l’Europe de l’Ouest.
D’autres observations scientifiques convergent pour arriver à cette conclusion qu’un refroidissement global a 50 % de chances de se produire dans toute l’Europe de l’Ouest. Les pays de l’Europe de l’Ouest bordant l’océan Atlantique pourraient être les plus lourdement touchés. Cette baisse des températures pourrait avoir des conséquences multiples sur l’agriculture, les écosystèmes et la production d’énergie dans les pays concernés. Un tel processus pourrait avoir des conséquences considérables pour nos sociétés car il impliquerait une diminution de l’assimilation de carbone et de chaleur par l’océan, et donc une augmentation de ces valeurs dans l’atmosphère. Cela pourrait accélérer le rythme du réchauffement actuel et ses impacts socio-économiques.
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