Océanographie de la côte de la Colombie-Britannique - Pêches et ...

Chapitre 4. Courants secondaires
Dans la plupart des régions côtières, les régimes
d'écoulement sont dominés par les courants de marée.
Néanmoins, il existe des courants secondaires établis par
un grand nombre de forces, conduisant à des variantes
de la circulation véritablement distinctes des oscillations
cycliques de la marée. La circulation de type estuarien
mentionnée au chapitre 2, par exemple, est un régime
d'écoulement secondaire maintenu par des différences
horizontales de la température et de la salinité de l'eau
pour lesquelles des fluctuations visibles de la vitesse se
manifestent pendant des périodes de plusieurs semaines
ou de plusieurs saisons. Les courants engendrés par le
vent sont également secondaires et peuvent modifier
leur vitesse et leur direction pendant quelques heures
seulement.
Bien qu'à tout moment, la présence de courants
secondaires puisse être complètement masquée par celle
d'écoulements de marée plus puissants, leur influence
peut être très prononcée sur de longues périodes, et leur
importance est considérable pour déterminer l'océanographie
d'une région côtière donnée.
Dérive due au vent
L'effet direct de la résistance du vent sur une
surface d'eau quasi lisse ne se fait sentir que dans les
quelques centimètres supérieurs. Cette mince couche se
déplace ensuite vers l'aval du vent, à environ 3 % de la
vitesse de celui-ci. (Nous employons ici le mot lisse dans
le sens aérodynamique du terme, car le vent se conforme
aux irrégularités de la surface de la mer et ne produit pas
de zones de turbulence.) Pour un vent de 5 m/s, une
mince « pelure » d'eau se déplacerait à environ 15 cm / s
(3 % de 5 m /s), mais il n'aurait aucun effet sur un bateau
qui aurait un tirant d'eau perceptible. La faible
pénétration de la résistance du vent peut être observée
facilement dans un étang ou une baie abritée où de
petites particules submergées, tel du pollen, dérivent
juste sous la surface de l'eau, entraînées par le vent,
alors que des particules en suspension 1 m ou plus sous
la surface sont presque immobiles.
L'aptitude du vent à produire des courants à des
profondeurs plus importantes est de beaucoup accrue
s'il déverse de l'énergie dans des ondes de gravité superficielles
(vagues dues au vent). Les vagues accroissent efficacement
la résistance du vent en augmentant l'agitation
de la surface et entravent l'écoulement lisse de l'air
au-dessus de l'eau. Dans de telles conditions, environ
40 % de l'énergie du vent se transforme en vagues, dont
5 % devient des crêtes déferlantes sous forme de moutons.
L'accroissement de la résistance du vent de même
que la quantité de mouvement transférée à l'eau par le
moutonnement entraîne une dérive beaucoup plus
profonde. Parce que la quantité d'énergie dans les
vagues dépend de la durée et de la vitesse du vent de
même que de sa course (la longueur illimitée de la sur-
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face de l'eau sur laquelle souffle le vent), la vitesse et
l'étendue du courant de vent dépendent également de
ces facteurs. C'est donc l'état de la mer, plutôt que
simplement le vent, qui détermine la vitesse et la profondeur
de pénétration de ces courants.
La pluie, en particulier lorsqu'elle est forte, associée
à des vents de tempête, peut augmenter encore
l'aptitude du vent à créer des courants de surface. Cela
peut se faire de nombreuses façons. Premièrement, les
gouttes de pluie qui tombent accumulent une quantité
de mouvement dans le plan horizontal parce qu'elles
sont portées par le vent à une fraction de sa vitesse.
Lorsque les gouttes touchent la surface de la mer, cette
quantité de mouvement -se transmet à l'eau qui, tout
comme la résistance du vent, amène l'eau à se déplacer
dans la direction du vent. De plus, les gouttes de pluie
accroissent la rugosité de la surface de la mer
lorsqu'elles l'atteignent, ce qui augmente efficacement
la résistance du vent. Enfin, la tendance naturelle de la
vitesse du vent à devenir nulle très près de la surface de
l'eau à cause du frottement est partiellement contrebalancée
par les gouttes de pluie. Parce qu'elles perdent
seulement 10 à 20 % de leur vitesse horizontale
lorsqu'elles traversent les derniers mètres de l'atmosphère,
les gouttes de pluie peuvent se déplacer plus
rapidement que l'air et, de ce fait, y transférer une
certaine quantité de mouvement; cela renforce le vent
près de la surface de la mer et accroît sa force sur l'eau.
Les vagues de surface engendrées par le vent produisent,
dans la direction des vagues, un faible transport
de l'eau qu'on appelle dérive de Stokes. Celle-ci n'est
pas un courant de vent, mais elle est associée au fait que
les mouvements orbitaux sous une vague ne sont pas entièrement
fermés et permettent à l'eau d'avancer
légèrement avec le passage de chaque vague. La vitesse
de cette dérive peu importante, est inférieure à Vio du
courant de vent.
Les vents peuvent engendrer des circulations moins
perceptibles dans les eaux de surface. Par exemple, des
bandes d'écume et de débris en surface qui s'alignent en
chapelets dans la direction du vent sont associées à des
configurations circulaires, cellules à angle droit par rapport
à la direction du vent (fig. 4.1). Vers l'aval du vent,
l'eau à la droite du chapelet de débris circule dans le sens
antihoraire, alors qu'à gauche, elle circule dans le sens
horaire; les débris de surface s'accumulent ou convergent
là où ces deux circulations se rencontrent et produisent
des eaux descendantes. Ces « cellules de Langmuir
» s'ajoutent aux courants plus puissants poussés
dans la direction du vent afin de produire un mouvement
général de l'eau vers l'aval du vent qui ressemble
parfois à un tire-bouchon. La distance entre des chapelets
de débris adjacents est d'environ deux fois la longueur
des ondes de gravité superficielles dominantes.
Bien que l'on ne comprenne pas parfaitement la
formation des cellules de Langmuir, il semble qu'elles
soient dues à une interaction compliquée entre la dérive