L'océan gouverne-t-il le climat ?
Histoire d'une conquête scientifique récente
Jacques Merle
IRD Éditions
Préface
1
Préambule
5
La variabilité de l'océan et du climat était encore ignorée au XXe siècle
5
Des historiens nous font découvrir la variabilité du climat
6
Le climat dans l'environnement planétaire
7
Climat, météorologie et océanographie
9
L'océanographie sort de son Moyen Âge
10
Les dimensions nouvelles de l'océanographie
12
L'objet de cet ouvrage
14
Chapitre 1. Perspective historique15
La découverte
16
Les Portugais inventent l'océanographie au XVe siècle16
Les premiers
ouvrages d'océanographie apparaissent aux XVIe et XVIIe siècles17
Puis
vint le temps des grandes circumnavigations au XVIIIe siècle19
Les grandes expéditions scientifiques du XIXe siècle
20
À la découverte des abysses20
L'océan peut-il varier dans le temps ?21
Des
précurseurs de l'océanographie moderne22
Les grandes campagnes océanographiques
pluridisciplinaires24
L'océanographie se rapproche de la météorologie et devient
une géophysique
26
Les océanographes s'organisent27
Météorologues et océanographes s'unissent
dans l'étude du climat28
Encart 1. Les principales organisations océanographiques intergouvernementales30
Chapitre 2. La dynamique de l'océan31
L'océan, fluide géophysique stratifié en mouvement
31
Les moteurs et les conditions aux limites de la circulation océanique
32
Le «forçage radiatif» solaire33
Le «forçage gravitationnel»34
Les
conditions aux limites du système océan-atmosphère34
Les équations
hydrodynamiques35
Les forces en jeu dans la dynamique de l'océan
36
Les forces à l'intérieur du fluide, pression et friction36
Les forces extérieures
qui s'appliquent sur l'océan38
La force de Coriolis40
Les principaux courants et leurs théories
40
Les courants engendrés par le vent. La théorie d'Ekman41
Les courants
engendrés par les forces de pression. La théorie géostrophique43
Les
courants d'inertie44
Les courants de marée44
Les ondes océaniques
44
Encart 2. Champs de pression, force de Coriolis, vents et courants géostrophiques46
Encart 3. Les ondes océaniques47
Chapitre 3. Les fonctions de l'océan dans le climat49
Le climat et sa variabilité
49
Les forçages climatiques externes51
L'auto-variation du système climatique
planétaire52
Le rôle de l'océan dans le climat et sa variabilité
54
Le stockage énergétique de l'océan55
L'échange énergétique entre l'océan
et l'atmosphère56
Le transport énergétique (thermique) de l'océan60
Encart 4. Le concept de chaos et l'auto-variation du système climatique62
Chapitre 4. Le rôle de l'océan dans l'équilibre énergétique planétaire63
Les premières estimations du transport thermique méridien
63
Les intuitions des précurseurs63
La question enfin bien posée65
La résurrection des «données historiques»
66
L'atmosphère et l'océan transportent à part égale l'énergie thermique67
Comment s'opère le transport thermique méridien océanique ?68
L'importance
des tropiques70
L'équilibre énergétique planétaire revisité par les grands programmes
72
La circulation générale de l'océan devient une priorité73
L'importance des
tropiques confirmée74
Encart 5. Le calcul du transport thermique océanique méridien par l'équation de
conservation de la chaleur76
Chapitre 5. Que se passe-t-il à l'équateur ?77
La découverte des courants, contre-courants et sous-courants équatoriaux
79
L'apport historique des navigations circumterrestres80
Les alizés et le «pot
au noir» ont été identifiés dès le XVIIe siècle80
Les courants et les contre-courants
de surface ont été formellement reconnus au XIXe siècle81
La
découverte fortuite et oubliée du sous-courant équatorial au XIXe siècle81
Et sa redécouverte au XXe siècle82
La circulation équatoriale
84
Après sa découverte dans l'océan Pacifique, une première théorie du sous-courant
prédit son existence dans les océans Atlantique et Indien84
Les
théoriciens s'interrogent enfin sur la circulation équatoriale86
Le rôle des
ondes équatoriales et des «actions à distance»88
Encart 6. La découverte des contre-courants équatoriaux : une page de l'histoire de
la navigation91
Chapitre 6. L'interaction entre l'océan et l'atmosphère93
Les modalités de l'échange énergétique entre l'océan et l'atmosphère
94
La chaleur et l'eau s'échangent à l'interface94
Les caractéristiques de
l'interaction dans les tropiques95
El Niño et l'oscillation Australe
96
El Niño96
L'«oscillation australe»97
Enso98
Un premier scénario
explicatif d'El Niño99
L'instabilité du système oscillant El Niño et La
Niña102
La prévision d'Enso103
L'observation opérationnelle d'Enso104
Les conséquences climatiques et socio-économiques d'Enso105
La convection profonde dans les hautes latitudes
108
La convection dans l'Atlantique nord108
La convection dans les régions antarctiques109
La convection dans les mers semi-fermées, la Méditerranée110
Les moussons
111
La mousson asiatique111
La mousson dans le climat111
Encart 7. Aperçu sur l'évolution des théories d'Enso112
Encart 8. D'autres
oscillations météo-océaniques113
Chapitre 7. La géochimie de l'océan et le cycle du carbone117
La géochimie de l'océan
118
Les traceurs chimiques traditionnels de la circulation océanique118
Les
traceurs radioactifs naturels119
Les traceurs transitoires120
Les vrais
débuts de la géochimie océanique : le programme Geosecs122
Woce renouvelle
Geosecs trente ans plus tard123
Le cycle du carbone dans l'océan
124
L'océan réabsorbe en partie le CO2 atmosphérique d'origine anthropique124
Incertitudes et questions encore sans réponse127
La modélisation du
cycle du carbone129
Chapitre 8. L'océan et les climats du passé131
Les archives climatiques
132
La paléoclimatologie est née au fond des océans133
Comment estimer
les paléotempératures ?134
Les sédiments marins, mémoires des climats
passés135
Oscillations glaciaires et interglaciaires
137
L'océan, régulateur des oscillations climatiques du Quaternaire ?137
L'implication
de l'océan dans les glaciations138
L'hypersensibilité climatique de
l'Atlantique nord140
Le «tapis roulant» peut avoir des ratés141
Les coraux, témoins de l'histoire des océans tropicaux
144
Océanographes et paléo-océanographes se rejoignent
146
Encart 9. Les facteurs astronomiques déterminants le flux radiatif solaire147
Chapitre 9. L'océan vu de l'espace149
Observer «d'en haut» pour mieux voir et comprendre
149
Les débuts de l'observation spatiale civile150
Les ondes électromagnétiques
au service de l'océanographie151
Un programme spatial altimétrique exemplaire : Topex/Poséidon157
La préhistoire de l'altimétrie158
L'histoire heureuse et mouvementée du
mariage de Topex et de Poséidon159
La moisson scientifique de Topex/Poséidon162
Les programmes successeurs de Topex/Poséidon : Jason...167
L'observation spatiale marque l'entrée de l'océanographie physique
dans la géophysique
168
Chapitre 10. L'océan dans le changement climatique en cours169
La perturbation anthropique
169
Retour sur le système climatique et sa variabilité169
Le bilan radiatif de
la Terre171
L'effet de serre174
Les observations du changement climatique
en cours176
L'implication de l'océan dans le changement climatique en cours
182
L'absorption du dioxyde de carbone par l'océan182
L'absorption de la
chaleur par l'océan184
Peut-on prévoir l'évolution de l'océan et du climat pour le siècle à venir ?
186
Limites et insuffisances des modèles actuels pour prévoir le climat187
Qu'est ce qui nous attend pour la fin du siècle ?188
Chapitre 11. L'océanographie moderne dans le climat191
Les grands programmes
192
L'Année Géophysique Internationale ouvre l'ère des grands programmes193
Les programmes météorologiques annexent l'océan dans les années194
Les océanographes prennent le relais195
D'autres programmes
d'étude du système Terre199
Vers l'observation systématique de l'océan
200
Les systèmes d'observations in situ201
Les systèmes d'observations depuis
l'espace209
La modélisation numérique
212
Des premiers modèles simples linéaires à deux couches213
Des modèles
intermédiaires plus sophistiqués213
Le «top» des modèles océaniques :
les OGCM213
La difficile modélisation des systèmes couplés214
La
modélisation de la turbulence océanique216
Naissance de l'océanographie opérationnelle
216
Encart 10. Les grands programmes internationaux dans le domaine du climat et de
l'océanographie219
Encart 11. Le Groupe Intergouvernemental sur l'Évolution
du Climat (GIEC)220
Chapitre 12. Les enjeux de l'observation et de la prévision de l'océan
et du climat221
Les premiers pas de l'océanographie opérationnelle et de la prévision
climatique
223
Le devenir de l'océanographie physique
224
L'océanographie dans les politiques scientifiques
226
Les pays du Sud, l'océan, et le climat
228
Épilogue
231
Glossaire
232
Références bibliographiques
242
Index
245