Circulation thermohaline

La MOC correspond à la fonction de courant méridienne. Elle s'obtient en intégrant la composante méridienne de la vitesse de courant suivant la longitude et la profondeur[7] :

${\displaystyle \Psi (y,z,t)=\int \limits _{z}^{0}dz\int \limits _{ouest}^{est}v(x,y,z,t)dx}$

où ${\displaystyle \Psi }$ désigne la fonction de courant, x la longitude, y la latitude, z la profondeur et t le temps. Son unité est le Sverdrup (i.e. 10⁶ m³/s).

Contrairement à la circulation thermohaline, elle correspond à l'intégration de la vitesse, tous processus physiques confondus, et par conséquent, inclut la circulation liée au vent. L'intégration suivant la longitude peut être globale, ou être restreinte à un bassin, comme c'est le cas pour la circulation méridienne de retournement Atlantique, ou AMOC pour « Atlantic Meridional Overturning Circulation ». Elle peut également être définie comme la valeur maximale de la fonction de courant, ou la valeur maximale à une latitude donnée. Ces définitions permettent de réduire l'information à une simple série temporelle, mais suppriment toute information sur la structure méridienne et verticale de cette circulation. L'utilisation de l'une ou l'autre définition dépend du problème posé. La MOC est beaucoup utilisée dans la communauté scientifique, car elle est bien définie et facilement calculable par les modèles d'océan[6] - [8].

Lorsque l'intégration zonale de la vitesse se limite au bassin atlantique, on parle d'AMOC pour « Atlantic MOC ».

C'est dans l'océan Atlantique que la circulation méridienne de retournement est la plus intense et la plus étudiée. Elle est constituée de deux cellules convectives. Dans la cellule supérieure, les eaux chaudes de surface sont transportées vers le nord, où elles se densifient sous l'effet des flux de chaleur et d'eau douce vers l'atmosphère. Dans certaines régions particulières, elles peuvent devenir plus denses que les eaux sous-jacentes et plonger, alimentant ainsi l'eau profonde nord-atlantique. Cette eau profonde est transportée vers le sud, où une partie remonte en surface dans l'océan Austral, fermant ainsi la cellule[9]. Le transport vers le sud de l'eau profonde nord-atlantique et sa remontée au niveau de la divergence antarctique forment également la branche supérieure de la seconde cellule convective. Cette cellule est alors fermée par la formation d'eau profonde et d'eau de fond au niveau de la mer de Weddell, qui tapissent le fond de l'océan Atlantique.

À 26,5° N, les débits moyens des cellules supérieure et inférieure sont estimés à 18,7 ± 2,1 Sv[7] et 2 ± 0,5 Sv[10] respectivement.

La très grande échelle de l'AMOC rend son observation difficile.

Les premières estimations étaient basées sur des sections hydrographiques zonales, c'est-à-dire suivant un parallèle, à quelques latitudes choisies, majoritairement 24,5° N, 38° N et 48° N dans l'Atlantique Nord et 24° S et 34° S dans l'Atlantique Sud[7]. Ces mesures ont fourni une première estimation de la valeur de l'AMOC à un instant donné, mais doivent être longuement répétées pour estimer sa variabilité. En 2010, l'échantillonnage temporel reste faible, pouvant engendrer des erreurs liées au phénomène de repliement de spectre. Ainsi, la diminution d'AMOC identifiée à partir de sections hydrographiques répétées en 1957, 1981, 1992, 1998 et 2004 à 26,5° N[11] était en 2010 suspectée d'être dominée par la variabilité intra-annuelle[12].

Depuis mars 2004, dans le cadre du projet international Rapid Climate Change Program (RAPID), on mesure en continue (2 mesures par jour) l'AMOC à 26,5° N, ce qui a amélioré l'évaluation de la variabilité de l'AMOC pour les échelles mensuelles à interannuelles. La série temporelle est cependant encore trop courte pour évaluer une variabilité décennale.

En 2009 Un dispositif similaire à RAPID a été déployé en Atlantique-Sud à 34,5° S : SAMBA pour « South-Atlantic MOC bassin-wide Array »[13].

Début 2021, Nature Geoscience publie une étude concluant à un début de ralentissement (plus important que ceux qui se sont produits au moins dans les 1 000 ans précédents) et en août 2021, le sixième rapport d'évaluation du GIEC, en se basant sur les données et modélisations disponibles, estime que l'AMOC ralentira « très probablement » au XXI^e siècle, en asséchant l'Europe[14] - [15].

En 2008, un cycle saisonnier de 6,7 Sv d'amplitude est décrit à 26,5° N sur ans (2004-2008), avec un maximum de transport en automne et un minimum au printemps[12]. Mais ce cycle saisonnier n'est plus clairement identifiable sur les observations faites les 8 années suivantes (2008-2016)[16]. À cette même latitude, la variabilité journalière est élevée, atteignant 30 Sv[17].

Il n'existe pas encore de série temporelle d'observation assez longue de l'AMOC pour décrire de manière fiable sa variabilité décennale à multidécennale, mais en 2005, des études montrent que l'oscillation atlantique multidécennale de la température de surface est liée à l'AMOC. Ceci suggère des cycles à ces échelles de temps[18]. Cette variabilité multidécennale était observée dans de nombreux modèles, mais au début des années 2000 il n'y a pas d'accord entre scientifiques sur les processus qui la contrôlent.

De 2010 à 2021, un consensus se précise sur le fait qu'un ralentissement de l'AMOC est en cours, et qu'il n'a jamais été aussi marqué depuis au moins 1 000 ans, et que sa continuation aurait des conséquences météorologiques néfastes à l’échelle de la planète[19]. Les chercheurs ont contourné le manque de séries longues de mesure en utilisant des données indirectes, résumées par une étude[20] publiée début 2021 dans Nature Geoscience. Les auteurs s'y appuient d'une part sur les données de plus en plus précises acquises entre 1960 et 2015[21], et d'autre part sur l’observation de plusieurs facteurs indirects maintenant solidement documentés[22] - [23] - [24] - [25] - [26] - [27] - [28] - [29] montrant que « la circulation thermohaline atlantique [Amoc] a été très stable depuis environ un millénaire mais qu'au cours du dernier siècle, il s’est produit une réduction marquée de ces courants atlantiques »[19]. Ce consensus est repris par le sixième rapport du GIEC qui estime que l'AMOC ralentira « très probablement » encore au XXI^e siècle, en asséchant l'Europe (Nature Geoscience a publié début 2021 une étude montrant un début de ralentissement, plus important que ceux qui se sont produits au moins dans les 1 000 ans précédents)[19].

L’eau de mer est d’autant plus dense que sa température est basse et sa salinité élevée. La colonne d’eau océanique est généralement stratifiée de manière stable, avec les eaux les plus denses (c.-à-d. plus lourdes) au fond, et les eaux moins denses (c.-à-d. plus légères) en surface. À la surface, les échanges de chaleur et d’eau douce avec l’atmosphère modifient la densité de l’eau. Dans certains cas, ces modifications peuvent créer une instabilité avec des eaux en surface plus denses que les eaux sous-jacentes. Il se créé alors une cellule de convection locale, générant un mélange vertical des eaux. Ce mélange homogénéise les propriétés de l’eau sur la colonne (c.-à-d. température, salinité, etc.), et engendre un flux de masse vers le fond[31].

Ce processus, responsable de la formation d’eau dense dans l’Atlantique Nord, a longtemps été considéré comme le moteur principal de la circulation thermohaline ou de l’AMOC. Une production importante d’eau dense augmenterait l’intensité du transport de ces eaux vers le sud en profondeur. Cette anomalie de transport de masse vers le sud est compensée par une augmentation du transport vers le nord en surface, ce qui revient à une augmentation de l’intensité de l’AMOC[31]. C’est ce paradigme qui a valu à l’AMOC le nom de circulation thermohaline. Cependant, l’amélioration des observations et de l’échantillonnage, ainsi que l’amélioration des modèles, ont progressivement mis en évidence que la variabilité de la formation d’eau dense n’est pas directement reliée à la variabilité de l’AMOC[16]. Le vent et les tourbillons jouent également un rôle important.

• Circulation atmosphérique
• Gulf Stream
• Climatologie
• Convection
• Liste de modèles de circulation océanique

• La circulation océanique par l'Ifremer
• Cours sur la circulation thermohaline du master OACOS de l'Université Paris 6, par Claude Frankignoul.
• Thèse de doctorat soutenue à Paris VI sur le fonctionnement et le devenir de la circulation thermohaline
• http://www.eu-thor.eu THOR « Thermohaline overturning - en danger? » est un projet financé par le FP7 de la Commission Européenne sur la possible mise en danger de la circulation thermohaline. Dans le cadre du projet, un court-métrage a été produit sur les résultats de 4 ans de recherches Titre: "Is the thermohaline circulation really at risk?"