Océanographie

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Posté par seb 25/03/2009 @ 05:09

Tags : océanographie, sciences de la terre, science

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Océanographie

Navire de recherche/plateforme d'instruments, utilisé depuis 1962

L’océanographie (de « océan » et du grec γράφειν / gráphein, écrire) est l'étude des océans et des mers de la Terre. Les océanographes étudient un très grand nombre de sujets, incluant la tectonique des plaques, les grands cycles biogéochimiques, les courants océaniques ou encore les organismes et les écosystèmes marins ou encore les liens entre océans et modifications climatiques. Ces domaines variés reflètent la multitude de disciplines que les océanographes intègrent afin de comprendre l'interdépendance qu'il existe entre la biologie, la géologie, la météorologie et la physique de l'océan. On distingue l'océanographie de l'océanologie, qui concerne l'utilisation de l'océanographie appliquée à l'exploitation des ressources océaniques et à la protection des environnements marins.

L'océanographie est holistique en ce que l'océan influe sur le climat et qu'il est en retour influencé par les écosystèmes terrestres, et qu'il mémorise via ses sédiments les apports non seulement terrigènes, mais aussi spatiaux. Hans Pettersson a marqué des océanographe tels qu'Arrhenius en leur rappelant que les sédiments ont mieux que les sols gardé la mémoire des apports de particules cosmiques (mais moins bien que la glace).

Ces différentes branches montrent que souvent les océanographes ont d'abord étudié les sciences exactes.

Dans l'antiquité Pline l'ancien écrivait que selon Fabianus, « la plus grande profondeur de la mer est de quinze stades (mètres 2.760). D'autres assurent que dans le Pont-Euxin. en face de la nation des Coraxiens, dans un lieu appelé les Abîmes du Pont, à trois cent stades (kil. 55,2) environ du continent, la mer a une profondeur sans bornes, et qu'on n'y a jamais trouvé le fond ». Par nature, l'exploration des océans a été longue et difficile et n'a débuté qu'il y a seulement quelques siècles avec le développement de la navigation et des premières grandes explorations lointaines. Jusqu'à une période récente, seuls les navires apportaient l'essentiel des connaissances de ce milieu, mais les données étaient dispersées dans le temps et l'espace.

Les premières investigations étaient limitées à la surface et aux quelques créatures que les pêcheurs attrapaient mais lorsque Bougainville et Cook mènent leurs explorations, les mers elles-même sont une part de leur rapport.

A la fin du XVIIIe et au début du XIXe siècles, James Rennell a écrit les premiers textes scientifiques sur les courants dans les océans Atlantique et Indien. Sir James Clark Ross procèda aux premiers sondages modernes des mers profondes en 1840 et Charles Darwin publia un article sur les récifs et la formation des atolls.

En 1854, une conférence internationale tenue à Bruxelles propose un protocole mondial de mesure des données océaniques par les navires marchands. Il est la source des premières séries cohérentes de mesure des températures moyennes de surface de la mer.

Alors qu'on venait en 1849 de découvrit la pente abrupte au-delà du plateau continental, Matthew Fontaine Maury publie en 1855 le premier texte véritablement « océanographique ». Trois ans plus tard, en août 1858, la pose réussie du premier câble télégraphique transatlantique, grâce aux travaux du lieutenant M. F. Maury, confirme la présence d'une dorsale sous-marine au milieu de l'océan.

Dans la seconde moitié du XIXe siècle, les sociétés scientifiques reçoivent et traitent un flot de nouvelles observations terrestres et maritimes et les spécialistes d'histoire naturelle en Europe pressentent le besoin d'informations autres qu'anecdotiques sur les océans.

L'océanographie devint une science quantifiables en 1872 lorsque les écossais Charles Wyville Thompson et John Murray ont mis en branle l'expédition Challenger (1872-76). D'autres nations européennes et américaines envoyèrent des missions scientifiques, aussi bien des particuliers que des institutions.

Depuis une trentaine d'années, les techniques d'observations spatiales ont permis des progrès considérables en apportant une nouvelle capacité de surveiller globalement les océans, de manière permanente et instantanée : par mesure de la topographie des mers (on parle alors d'hydrographie) et de son évolution temporelle, par celle des vagues, de la température de surface et des indicateurs biologiques, par collecte de données océanographiques mesurées in situ à bord de bouées et de bateaux, etc.

L'altimétrie satellitale, aujourd'hui au centre de l'activité d'océanographie spatiale, est une technique spatiale permettant de mesurer le relief des océans, mise au point dans les années 1970 puis 1980, et qui a vu ses capacités décuplées en termes de précision et de couverture spatio-temporelle. Ces progrès ont été notamment obtenus grâce aux données du satellite franco-américain TOPEX/Poséidon lancé par la fusée Ariane en août 1992. Aujourd'hui, le successeur de ce dernier satellite désormais à la retraite , est Jason-1, premier satellite de ce qui devrait devenir une véritable filière spatiale en matière de suivi océanographique à long terme.

Outre cet aspect d'observation et d'analyse des mesures in situ, un autre grand domaine de l'océanographie est l'étude théorique des processus physiques mis en jeu: on parle d'océanographie physique. Cela se traduit par l'écriture et la résolution d'un jeu d'équations plus ou moins simplifiées représentant les écoulements géophysiques rencontrés dans l'océan. Ces équations, dites équations de Navier-Stokes, souvent très complexes, ne peuvent pas toujours être résolues analytiquement par les méthodes mathématiques classiques, d'où le recours massif à l'utilisation de codes numériques nécessitant une grande puissance de calcul. L'apparition de super-calculateurs offrant de plus en plus de puissance a provoqué un développement intensif de l'usage des codes numériques en océanographie dans les 20 dernières années. Ainsi sont apparus des modèles représentant l'océan mondial et ayant pour but une compréhension globale de la circulation océanique.

Les océans jouent un rôle fondamental dans l'équilibre thermique de la Terre et leur interaction avec l'atmosphère est la clef de l'évolution du système climatique. Ce système ressemble à une immense machine thermique dont les mécanismes sont basés sur les échanges entre les circulations atmosphériques (les vents, par exemple la Mousson) et océaniques (les courants, comme par exemple El Niño), qui contribuent pour des parts comparables au transport et à la redistribution d'énergie des régions tropicales vers les régions polaires. Les océans sont donc en quelque sorte un thermostat régulateur du climat. De plus, ils possèdent d'immenses capacités d'absorption de composants chimiques, comme le dioxyde de carbone à l'origine de l'effet de serre, qui obligent enfin à considérer l'ensemble « océan-atmosphère ».

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Étage (océanographie)

Variation du coefficient k en fonction de la longueur d'onde de la lumière, dans l'eau claire et l'eau trouble.

Un étage en océanographie est une zone bathymétrique. On va distinguer différents étages dans l'estran, c'est-à-dire la zone du littoral comprise entre les niveaux connus des plus hautes et des plus basses mers.

Selon le colloque de Gênes, un étage est défini comme "l'espace vertical du domaine benthique marin où les conditions écologiques, fonction de la situation par rapport au niveau de la mer, sont sensiblement constantes ou varient régulièrement entre les deux niveaux critiques marquant les limites des étages". Cette définition détermine étage comme un ensemble d'espèces vivantes, et non comme un niveau marégraphique.

Néanmoins une autre définition couramment utilisée est la terminologie développée par Stephenson et Stephenson en 1972 et basée sur la marée.

S'ajoute à cela un phénomène de compétition inter spécifique afin d'occuper la niche la plus appropriée à leur physiologie.

La lumière est absorbées par l'eau de mer de manière quantitative et qualitative. D'une part les particules en suspension dans l'eau de mer empêche la lumière de passer, l'absorbant ou la réfléchissant. La quantité de ces particules définit la turbidité de l'eau et varie en fonction de nombreux paramètres du milieu. De manière générale, elle est plus élevée le long du littoral qu'au large, de par le lessivage des côtes et la mise en suspension du sédiment par les vagues.

Les algues et les plantes marines vivent donc accrochées au substrat le long des côtes, selon un gradient qualitatif de luminosité. Hors celles-ci ont besoin de la lumière afin d'effectuer la photosynthèse grâce à des pigments photosynthétiques. La composition en pigments est variable d'une espèce photsynthétique à l'autre et chaque pigment absorbe la lumière à une une longueur d'onde différente. La chlorophylle a, par exemple, absorbe environs à 440 et 670 nm (les couleurs indigo et rouge) et renvoi le reste du spectre lumineux, lui donnant cette couleur verte.

Une plante ou une algue verte trouvera donc son optimum lumineux dans un environnement où la luminosité est plus élevée aux longueurs d'ondes absorbées par la chlorophylle, c'est-à-dire proche de la surface. En effet ces longueurs d'onde du spectre sont les premières absorbées une fois entré dans l'eau.

Cet étagement par grandes familles est théorique et approximatif lorsqu'on s'intéresse aux espèces, celles-ci possédant souvent des pigments spécifiques. Par exemple, les Codium sont des algues vertes qui possèdent de la siphonaxanthine, un pigment caroténoïde absorbant la partie verte du spectre, les rendant dès lors capables de vivre dans les zones profondes.

De manière générale ce facteur joue principalement sur la limite inférieure de la zonation d'une espèce: se situer plus bas empêche un éclairement suffisant, quantitativement ou qualitativement.

Une autre dimension de la niche écologique intervenant dans l'étagement des algues est sa capacité à l'émersion durant chaque marée.

Ce phénomène engendre deux facteurs pouvant être limitant pour les organismes marins, à savoir d'une part la dessiccation engendrée simplement par le manque d'eau, et d'autre part l'augmentation de la salinité du milieu. Ce deuxième point est particulièrement vrai pour algues localisées dans les mares résiduelles, qui évaporent durant l'émersion, augmentant de facto leur concentration en sels.

Au contraire de la luminosité, l'émersion joue sur la limite supérieure de la zonation d'une espèce: vivre plus haut augmente la durée d'émersion et les risques de dessiccation.

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Mercator Océan (océanographie)

Mercator est à l'origine le nom d'un projet d'océanographie opérationnelle, destiné à décrire et à prévoir les caractéristiques physiques de l'océan.

Devenu Groupement d'Intérêt Public (GIP) sous le nom Mercator Océan, à l'initiative de six organismes membres - CNES, CNRS, Ifremer, IRD, Météo-France, Shom -, Mercator Océan a pour mission de développer et de mettre en œuvre un système capable de décrire et de prévoir en temps réel et en trois dimensions l'état de l'océan en tout point du globe, grâce à des réseaux d'observations de deux types : satellites et in situ.

Le GIP Mercator Ocean exploite des mesures océanographiques (altimétrie satellitale, mesures in situ), qui sont assimilées dans un modèle numérique de l'océan ; on peut ainsi accéder notamment aux principaux paramètres d'état de l'océan (température, salinité, etc.) et aux courants. Le système produit chaque mercredi des analyses et des prévisions de la surface jusqu'au fond pour les deux semaines à venir.

A ce jour, Mercator Ocean exploite chaque semaine en temps réel plusieurs systèmes (appelés les "systèmes Mercator") notamment un système au 1/4° de résolution avec une converture globale et un système haute résolution 1/12° couvrant l'Atlantique et la Méditerranée.

Servant chaque semaine des centaines d'utilisateurs -notamment des utilisateurs intermédiaires qui produisent des produits ou services à valeur ajoutée à partir des prévisions océaniques- Mercator Ocean propose en outre gratuitement sur son site Web un bulletin en images réactualisé chaque semaine(le bulletin en images).

Impliqué depuis de nombreuses années dans des projet européens du programme GMES, Mercator Ocean est en charge de la coordination du projet européen MyOcean.

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Océanographie physique

L' océanographie physique est l'étude de l'état et des processus physiques au sein de l'océan, principalement des mouvements et des propriétés des masses d'eau océaniques.

L'océanographie physique est une des cinq branches que compte l'océanographie, les quatre autres étant la biologie marine, l'océanographie chimique, la géologie marine et la météorologie marine.

Matthew Maury, un des pionniers de l'océanographie a dit en 1855 : Notre planète est recouverte par deux immenses océans ; l'un visible, l'autre invisible ; l'un sous nos pied, l'autre au-dessus de notre tête ; l'un l'enveloppe entièrement, l'autre couvre environ les deux tiers de sa surface. Le rôle fondamental des océans dans le façonnement de la Terre est reconnu par les écologistes, les géologues, les géographes et tous ceux qui s'intéressent au monde physique. Le caractère unique de notre planète est en grande partie dû à la présence d'océans.

Environ 97% du volume d'eau sur la Terre se trouve dans les océans et ce sont ces mêmes océans qui constituent la principale source de vapeur d'eau pour l'atmosphère et par conséquent des précipitations sous forme de pluie ou de neige sur les continents (Pinet 1996, Hamblin 1998). D'autre part, l'énorme capacité calorifique des océans modère le climat de la planète, et l'absorption par l'océan de nombreux gaz affecte la composition de l'atmosphère. L'océan va jusqu'à modifier la composition des roches volcaniques au fond des océans, tout comme la composition des gaz et magmas créés dans les zones de subduction. Une Terre sans océan serait certainement méconnaissable.

Les océans sont bien plus profonds que les continents ne sont élevés. L'élévation moyenne des terres émergées de notre planète n'est que de 840 mètres, alors que la profondeur moyenne océanique est de 3800 mètres (Courbe hypsographique). Malgré cette différence importante, les extrema comme les dorsales et les fosses sont rares aussi bien pour les fonds marins que pour les terres émergées .

Les mouvements rapides sont largement dominés par les ondes de gravité de surface, en particulier les vagues et la marée. Les vagues assurent en particulier le couplage entre l'océan et l'atmosphère car elles déterminent le "frottement" du vent à la surface de l'océan. D'autres ondes de gravité, les ondes internes, puisent leur énergie des ondes de surface et jouent aussi un rôle important, en particulier lors de leur déferlement dans les grandes profondeurs, ce qui entraîne un mélange partiel des eaux profondes et permet de maintenir la circulation océanique actuelle. Toutes ces ondes produisent des mouvements turbulents lors de leur déferlement ou bien à cause du frottement sur le fond.

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Source : Wikipedia