Etudes et évaluation de processus océaniques par des hiérarchies ...

3.2. PROCESSUS SUBMÉSO ECHELLES ET LEURS ACTIONS 21
3.2 Processus subméso echelles et leurs actions
tel-00545911, version 1 - 13 Dec 2010
La représentation précise des champs de température et de salinité dans l’océan et de
leurs évolutions au cours du temps est cruciale pour la détermination de la dynamique des
océans sur toutes les échelles spatiales et temporelles ainsi que la dynamique du climat.
Comme une grande partie de l’océan est fortement stratifié les processus avec une forte
advection ou un mélange dans la direction verticale sont essentiels pour l’évolution du
champ thermohalin. La dynamique à grande échelle montre des vitesses horizontales plusieurs
ordres de magnitude supérieur aux vitesses verticales. Cette anisotropie résulte principalement
de trois propriétés de la circulation océanique : la première est géométrique,
la faible profondeur des océans comparée à leurs extension horizontale amenant à des
structures plates. La deuxième est la forte stratification dans la direction verticale, sur
une majeur partie des océans, inhibant les échanges dans cette direction. La troisième,
la rotation terrestre, agit comme expliqué par le théorème de Taylor-Proudman-Poincaré
(Colin de Verdière 2002) et inhibe les vitesse verticales, même dans le cas où l’approximation
traditionnelle, qui néglige la composante horizontale du vecteur de rotation terrestre
et rend le vecteur de rotation parallèle à la verticale, n’est pas appliquée (Wirth & Barnier
2008).
Pour la dynamique à petite échelle, ces contraintes concernant les vitesses verticales
sont moindres. La contrainte géométrique disparaît à des échelles horizontales comparables
à la profondeur. Dans un écoulement turbulent l’importance de la stratification est
moindre pour une dynamique en dessous de l’échelle d’Ozmidov, à laquelle l’accélération
par la flottaison est égale à l’accélération inertielle. L’échelle de temps caractéristique
associé aux petites échelles est souvent inférieure à l’inverse du paramètre de Coriolis,
les contraintes liée à la rotation terrestre sont alors moindres et les vitesses verticales se
développent plus librement. C’est ainsi que les vitesses verticales sont plus prononcées
aux petites échelles.
Une variété de processus à petite échelle pouvant amener à un transport vertical
considérable ont déjà été identifiés :
– la convection
– les courants gravitaires
– l’instabilité symétrique
– le déferlement des ondes internes
– la dynamique de la couche de mélange
– la dynamique côtières et effet de la topographie
– la dynamique et l’instabilité des fronts
– la turbulence tri-dimensionnelle à petite échelle.
La liste n’est pas exhaustive, la recherche pour des nouveaux processus amenant à des
vitesses verticales considérables doit être faite par l’analyse et la comparaison des données
d’observations, de laboratoires, des modèles numériques et des approches analytiques.
Les phénomènes non-hydrostatiques sont aussi déterminants pour la bio-géochimie,
notamment pour le cycle et le stockage du carbone. Les processus dans la couche de
mélange sont déterminants pour la dissolution du carbone. La convection profonde et