Modélisation de la circulation océanique thermohaline

Commentaire scientifique d'un extrait du film « Le courant des profondeurs », de Eisuke Seki

Vincent Daniel

Laboratoire de Météorologie Dynamique.

Benoît Urgelli

ENS Lyon / DGESCO

23/10/2000

Résumé

Expérience servant à illustrer la circulation thermohaline.


Objectif

Il s'agit de faire l'analogie avec la circulation thermohaline : les glaçons sont l'équivalent des glaces de l'Arctique.

Résultats

On constate qu'un courant de surface se crée de la gauche vers la droite du bassin. Une circulation générale du fluide coloré s'organise le long des frontières du bassin dans le sens des aiguilles d'une montre. Si les glaçons avaient été placés à gauche du bassin, la circulation se serait organisée dans le sens inverse des aiguilles d'une montre !

Explication physique

L'eau en surface à droite du bassin est refroidie par la présence de la glace. Ce refroidissement se fait par conduction (contact avec un corps froid) et par transfert de chaleur latente (pour fondre, la glace doit recevoir de l'énergie de la part de l'eau).

L'eau ainsi refroidie est plus dense que l'eau environnante. Elle plonge le long de la paroi droite du bassin et va être remplacée par de l'eau située à la même hauteur. En effet, en minimisant le travail des forces de pesanteur, l'eau colorée située à la même hauteur va prendre la place de l'eau qui a plongée.

Notez que dans l'Atlantique Nord, très salé, la salinité des eaux est un facteur important de circulation océanique. Lors de la formation de glace par congélation de l'eau de mer, du sel est rejeté dans les eaux environnantes. Leur densité augmente alors.

Astuces techniques

  • Quand les glaçons auront fondu, cette circulation cessera. On peut créer une circulation quasi-permanente en mettant à la place des glaçons le serpentin réfrigérant d'un congélateur. Si l'on place un colorant à une extrémité du bassin, au bout de quelques boucles, la totalité du courant sera colorée si bien que l'on ne distinguera plus vraiment la circulation.
  • Notez qu'on peut observer le courant sans le colorer mais en éclairant la cuve et en projetant sur un écran. L'eau froide qui plonge a un index optique différent de celui de l'eau environnante. On verra sur l'écran la plongée d'eau froide sous la forme d'une zone trouble.