M2 Circulation éolienne

Topique

La circulation océanique de surface est dominée par le vent, qui exerce une force de traînée sur la surface de la mer, appelée tension du vent. C'est précisément cette tension qui met en mouvement les grands gyres subtropicaux et subpolaires qui régissent la circulation de tous les océans.

La théorie de Sverdrup relie le pompage vertical d'Ekman, qui se produit lorsque le transport d'Ekman de surface diverge ou converge, à la vorticité que le champ de vent lui-même confère à l'océan. Cette relation signifie qu'au sein de l'océan, le transport méridien de l'eau est entièrement déterminé par la vorticité du vent, sans qu'il soit nécessaire de connaître la stratification de ces eaux.

L'intensification des courants de marge ouest — le Gulf Stream, le Kuroshio, le courant du Brésil, le courant des Aiguilles et le courant des Malouines — est une conséquence directe de la variation du paramètre de Coriolis en fonction de la latitude. C’est cette variation qui rend la solution de Sverdrup incapable de satisfaire la condition requise par la côte ouest de chaque bassin océanique sans recourir à un courant de marge ouest intense et étroit qui referme le gyre.

Le courant circumpolaire antarctique est le seul grand courant océanique capable de faire le tour de la planète sans qu’aucun continent n’obstrue son passage. C’est l’absence de ces barrières continentales, conjuguée à la poussée constante des vents d’ouest, qui empêche ce courant de se refermer en un gyre de Sverdrup, comme c’est le cas pour les gyres subtropicaux décrits précédemment.

Le comportement attendu de tous ces gyres comprend, en premier lieu, de vastes gyres subtropicaux anticycloniques qui circulent dans le sens horaire dans l’hémisphère Nord et dans le sens antihoraire dans l’hémisphère Sud, transportant collectivement entre 30 et 100 millions de mètres cubes d’eau par seconde. Ce même transport est réparti de manière très inégale entre un courant de bordure ouest étroit et rapide, d'à peine 100 kilomètres de large et se déplaçant à des vitesses comprises entre 1 et 2 mètres par seconde, et un courant de retour intérieur beaucoup plus lent et plus large, d'environ 1 000 kilomètres de large et se déplaçant à des vitesses de seulement un centième à un dixième de mètre par seconde. C'est précisément l'effet de pompage d'Ekman qui provoque la plongée de l'eau, à une vitesse d'un millionième de mètre par seconde seulement, au centre de ces gyres anticycloniques, tandis que ce même effet de pompage produit des remontées d'eau aux latitudes où se situent les gyres cycloniques subpolaires.

Ainsi, depuis la tension du vent qui ouvre ce document jusqu'à la remontée d'eau subpolaire qui le clôt, en passant par l'équilibre de Sverdrup, l'intensification des courants de la marge ouest et le courant circumpolaire antarctique qui échappe à ce même équilibre, le vent provoque l'organisation de la circulation océanique de surface en une hiérarchie de gyres rapides et étroits le long des côtes, et de gyres lents et larges à l'intérieur de chaque bassin.

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