Circulation océanique de surface

Les courants atmosphériques de surface exercent une force mécanique de friction sur la surface de l'océan et les masses d'eau sont déviées (au maximum de 90° selon la spirale d'Ekman) par rapport à la direction générale du vent (Ekman, 1905) sous l'action de la force de Coriolis, induite elle-même par la rotation de la Terre (Coriolis, 1831). Deux grands systèmes de courants océaniques peuvent être individualisés, parmi la diversité des courants de surface à l'échelle du globe, au regard de la région d’étude ciblée dans cette thèse : les courants équatoriaux et les courants de gyres subtropicales (Figure 12).

Figure 12 Distribution mondiale des principaux courants océaniques. Les courants équatoriaux sont encadrés en vert, les courants de gyre en rouge. Les courants chauds sont représentés en rouge, les courants froids en bleu.www.indiana.edu

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3.1.1. Courants équatoriaux

3.1.1.1. Généralités

Les courants équatoriaux sont localisés entre 15°N et 15°S et présentent la particularité de s'écouler parallèlement à l'équateur, la force de Coriolis étant trop faible pour pouvoir générer une déviation des masses d'eau (Coriolis, 1831; da Cunha and Buitenhuis, 2013a).

Le système équatorial, quel que soit l’océan concerné, est bordé par deux courants majeurs, à savoir le Courant Nord Equatorial (ou NEC pour « North Equatorial Current ») et le Courant Sud Equatorial (ou SEC pour « South Equatorial Current »), localisés dans l'hémisphère nord et dans l'hémisphère sud, respectivement (Figures 13 et 14). Ces courants, de direction ouest et principalement poussés par les alizés, font la jonction entre le système équatorial et le système de gyres subtropicales qui sera abordé ci-après (sous-partie 3.1.2).

Au centre de ces courants (NEC et SEC) se trouvent les Contre-Courants Nord Equatoriaux (ou NECC pour « North Equatorial Countercurrent »; Figure 14), généralement situés autour de 5°N (Carton et Katz, 1990), se déplaçant vers l’est, c’est-à-dire dans le sens opposé au régime de vent dominant dans cette région (Figure 13). Cette configuration semble ainsi paradoxale et a été décrite et expliquée par Sverdrup (1947) comme résultant des changements nord-sud des contraintes de vent et de l'effet des tenseurs rotationnels. Ce contre-courant semble posséder un fonctionnement saisonnier et interannuel, différent en fonction des spécificités de chaque océan et des modes de variabilité naturelle inhérents à chacun d’entre eux. Ainsi, il apparaît un balancement latitudinal de la position du NECC dans l'Océan Indien en conséquence du changement de direction des vents de mousson (Wyrtki, 1973a), ainsi qu'une variation saisonnière de son intensité dans les océans Atlantique et Pacifique (Wyrtki, 1973b), avec un maximum observé à la fin de l'été boréal. Pour le cas exclusif de l'Océan Atlantique, il est observé une disparition de ce courant durant la transition hiver-printemps boréal (Carton et Katz, 1990).

Aussi, il est à noter que la superposition des effets liés à des courants océaniques ayant des sens d'écoulement opposés exerce des forces cisaillantes sur les masses d'eau comprises entre ces courants, ce qui a pour conséquence la formation de systèmes tourbillonnaires (Figure 13).

60 Figure 13 Représentation schématique du système de courants équatoriaux avec les principaux courants. NEC : North Equatorial Current, NECC : North Equatorial Countercurrent et SE : South Equatorial Current. Les flèches courbées représentent les tourbillons générés par le cisaillement des masses d'eau entre des courants de sens opposé. b) Direction générale des masses d'eau dans l'Océan Atlantique équatorial (les couleurs traduisent la direction des courants) et c) représentation des trajets effectués par les bouées mesurant la vitesse et la direction des courants. Images produites par l'Université de Miami (http://oceancurrents.rsmas.miami.edu/atlantic/north-equatorial-cc_2.html).

61 3.1.1.2. Courants équatoriaux de l’Océan Atlantique

Plus spécifiquement à l’Océan Atlantique, le système de courants équatoriaux est caractérisé par le NEC, branche sud de la gyre subtropicale Nord Atlantique, qui représente la continuité du Courant des Canaries (CC ; Figure 14) et rejoint ensuite le Courant des Antilles (AnC ; Figure 14). Puis, au sud de la bande équatoriale, le système est complexe et le SEC, branche nord de la gyre subtropicale Sud Atlantique, se divise en de nombreuses branches réparties entre 15° S et l’équateur (Figure 14). Le SEC septentrional (nSEC ; Figure 14) et oriental (eSEC ; Figure 14) prennent naissance dans le Golfe de Guinée, à une latitude équatoriale, et rejoignent le Courant des Caraïbes (CrbC ; Figure 14), tandis que le SEC s'étend du Cap de Bonne Espérance jusqu’à la côte nord-est brésilienne (Figure 14).

Figure 14 Distribution des principaux courants océaniques de surface en jaune et de subsurface en tiretés rouge dans l'Océan Atlantique tropical. GS : Gulf Stream, AnC : Antilles Current, NEC : North Equatorial Current, CC : Canary Current, NECC : North Equatorial Countercurrent, CrbC : Carribean Current, GC : Guinean Current, nSEC : northern South Equatorial Current, eSEC : eastern South Equatorial Current, AC : Angola Current, SECC : South Equatorial Countercurrent, SEC : South Equatorial Current, BC : Benguela Current, SAC : South Atlantic Current, FC : Falkland Current, ChC : Cape Horn Current, HC: Humboldt Current, AgC : Aguilhas Current, ACC : Antarctica Circumpolar Current, BUC : Benguela Undercurrent et EUC : Equatorial Undercurrent. Le front Angola-Benguela (ABFZ) et la Confluence Brésil-Malouines (BMC) sont également représentés en blanc tireté. La cartographie des courants est issue de Peterson et Stramma (1991) ainsi que Lass et Mohrholz (2008). Fonds bathymétriques et topographie issus des données ETOPO1.

62 Le NECC prend forme au large de l'Amazone circule vers l'E-SE entre 5 et 10°N (Figure 14) avant de bifurquer à l'aplomb des monts sous-marins Sierra Leone, où les masses d'eau déviées vers le sud donnent naissance au Courant de Guinée (GC ; Figure 14), tandis que les eaux déviées vers le nord rejoignent le NEC. Le GC se prolonge jusqu’aux eaux du Gabon, dans la zone où prennent naissance les nSEC et eSEC (Figure 14). Cette configuration met ainsi en évidence un système de gyres horaires centrés sur les latitudes équatoriales de l'Océan Atlantique. Enfin, il convient de noter la présence d'un second contre-courant similaire au NECC entre les SEC et eSEC, le Contre-Courant Sud Equatorial (SECC ; Figure 14) qui prend naissance dans les eaux du SEC avant d'effectuer une rétroflexion vers l'Est (Figure 14).

3.1.2. Courants de gyres

Les grands systèmes de gyres subropicales, à rotation horaire dans l'hémisphère nord et antihoraire dans l'hémisphère sud, sont les plus vastes ensembles de circulation de surface à l’échelle mondiale. Ces gyres, calqués sur les cellules atmosphériques de Hadley, sont généralement découpés en 4 courants principaux : deux courants longitudinaux (nord et sud) et deux courants de bord (« Boundary Currents », est et ouest). Les courant de bord s’écoulant des hautes vers les basses latitudes apportent des eaux plus froides que l'environnement ambiant, et les courants de bord s'écoulant des basses vers les plus hautes latitudes participent à la connexion et au transfert de chaleur entre basses et hautes latitudes, et à la régulation thermique entre les différents bassins océaniques, comme il sera également détaillé dans la sous-partie de chapitre dédiée à la circulation thermohaline (voir partie 3.3).

3.1.2.2. Gyres su tropi ales de l’Océan Atlantique

Dans l'Océan Atlantique, le gyre nord Atlantique est centré sur les Açores et le gyre sud atlantique est centré sur la région comprise entre la dorsale médio-océanique et la ride du Rio Grande (Figure 14). Toutefois, l'hémisphère sud présente une plus grande complexité au regard de la dynamique des courants de gyre. Le long de la façade africaine, le gyre sud atlantique est constitué par deux courants qui se séparent à partir du Cap de Bonne-Espérance, le SEC et le Courant de Benguela (BC ; Figure 14). Le BC converge plus au nord avec le

63 Courant de l’Angola (AC ; Figure 14) qui effectue lui-même un mouvement de rotation horaire, le gyre de l'Angola (Figure 14). Cette zone de convergence des AC et BC se situe en moyenne à 16°S formant une barrière hydrographique majeure, le Front Angola-Benguela (ABFZ ; Figure 14; Jansen et al., 1996).

Le sud de l'Océan Atlantique est caractérisé par deux spécificités. La première est l'intrusion d'un courant de gyre issu de l'Océan Indien, le Courant des Aiguilles (AgC ; Figure 14). Le AgC se mélange en partie avec les eaux du SEC et du BC avant de subir une rétroflexion vers l'est, phénomène lui-même induit par le changement de régime de vent sous ces latitudes caractérisé par l'influence dominante des vents d’ouest ou westerlies (Peterson et Stramma, 1991; Lass et Mohrholz, 2008). La deuxième spécificité concerne le courant froid des Malouines au large des côtes argentines (FC ; Figure 14). Ce courant de façade occidentale s'écoule vers le nord et s'infléchit vers l'est lors de sa rencontre avec les eaux du BrC, pour in fine rejoindre le courant sud Atlantique (SAC ; Figure 14). Une barrière hydrographique majeure est observée entre les BrC et FC autour de 40°S et cette zone frontale est nommée la Confluence Brésil-Malouines (MBC ; Figure 14; Peterson et Stramma, 1991; Goni et Wainer, 2001).