JMC Nov 2003
Le soleil, l'atmosphère et l'océan
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Interaction soleil-atmosphère
Le Soleil est producteur de chaleur et à ce titre il est le moteur principal des mouvements de l'atmosphère et de l'océan. En réglant ces mouvements, l'énergie solaire règle aussi notre climat.
La Terre est "ronde" et reçoit donc l'énergie solaire de façon inégale. Elle est différente que l'on se trouve au pôle ou à l'équateur car les rayons arrivent soit de manière très inclinée aux pôles soit de manière quasi perpendiculaire à l'équateur. A cause de cette inclinaison, le trajet du rayonnement solaire à travers la couche atmosphèrique est plus importante aux pôles qu'à l'équateur si bien que l'énergie arrivant au sol, est moins importante aux pôles qu'à l'équateur. La zone intertropicale reçoit ainsi autant d'énergie que le reste de la planète comme le montre la carte mondiale de l'ensoleillement annuel moyen.


Carte mondiale de l'ensoleillement annuel moyen.Ensoleillement (en Watt/m²)
En créant des différences de température suivant la latitude, ce déséquilibre met en mouvement l'atmosphère et les océans qui vont rééquilibrer thermiquement l'ensemble de la planète. Il est aussi à l'origine des vents qui sont les facteurs principaux des courants-marins de surface. Cette circulation est influencée par la force de Coriolis qui va générer des systèmes atmosphèriques circulaires de hautes et de basses pressions.

Schéma de la circulation atmosphérique au niveau de la mer
("+" montrent les régions de haute pression et les "-" celles de basse pression.)
Ce déséquilibre entraîne également des différences de températures suivant la latitude et les différences de salinité induites en créant des variations de densité seront à l'origine des courants marins de profondeur:

Carte de la température moyenne annuelle de surface des océans (en C°)
Interaction atmosphère-océan

L'interaction entre l'atmosphère et l'océan influence leurs contenus biologiques et leurs caractéristiques physico-chimiques. Elle provoque directement ou indirectement leurs mouvements:
- les échanges gazeux entre l'eau de mer et l'air sont facilités par les particules solides ou liquides en suspension dans l'atmosphère.
- ces aérosols générent aussi des cristaux de sels, qui jouent le rôle de nucléus ou germe pour les gouttes de pluie et les cristaux de glace dans l'atmosphère,
- les gaz dissous sont libérés par l'évaporation de l'eau de mer,
- les gaz de l'air se dissolvent dans l'eau de mer pour maintenir les teneurs en gaz dissous,
- les gaz contenus dans l’atmosphère se retrouvent tous dans l’eau de mer, notamment l'oxygène et le gaz carbonique. Le premier sert à la respiration de tous les êtres vivants. Le deuxième est la source de carbone des végétaux photosynthétiques et il entre dans la composition du squelette de nombreux organismes sous la forme de carbonate de calcium. D’une façon générale, leur solubilité décroît quand croissent la température et la salinité,
- les bulles transportent un grand nombre d'éléments chimiques jusque sur les continents (on estime à 20 kg/ha la quantité d'éléments d'origine marine apportés au continent),
- les vents sont les vecteurs des poussières et des polluants du continent à la mer,
- les échanges  entre l'atmosphère et l'océan ont un effet important sur le transfert de chaleur entre l'équateur et les pôles,
- l'océan est un réservoir de chaleur à cause de la capacité calorifique de l'eau (inertie thermique) qui est supérieure à celle de l'air,
- la chaleur est distribuée sur l'ensemble du globe par les courants marins,
- l'océan échange de la chaleur avec l'atmosphère par rayonnement (Infra-Rouges longs), par conduction (selon la différence de température entre les deux milieux) et par évaporation, déterminant ainsi des zones de haute ou de basse pression entre lesquelles circulent les vents,
- les vents transfèrent à l'océan la moitié de leur énergie par frottement induisant ainsi les courants océaniques de surface.

Du point de vue thermodynamique, l'atmosphère et l'océan constituent un système couplé. Il existe une grande analogie entre les circuits de l'eau de mer et les circuits de l'atmosphère. Ce couplage océan-atmosphère produit les fluctuations périodiques des vents et des courants. Dans l'Océan Indien, les vents et les courants sont renversés 2 fois par an: c'est le phénomène de la mousson. Dans le Pacifique équatorial, le phénomène El Nino se produit tous les 2 à 10 ans vers Noël. Vers les pôles, le transport de chaleur par les courants marins a une période d'une dizaine d'années.
Si les courants diminuent, le contraste de température augmente entre l'équateur et les pôles. Quand les vents se renforcent, les courants s'accélèrent. Les mouvements des océans ont certainement des conséquences importantes sur les climats.

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