E5 Ocean Waves - Internes et Planétaires

Topique

Les ondes de gravité internes sont des oscillations qui se propagent au sein même de l'océan stratifié, contrairement aux ondes de surface qui oscillent uniquement à l'interface eau-air. La force de rappel est la poussée d'Archimède, et leur fréquence est bornée par deux limites : en dessous, le paramètre de Coriolis, et au-dessus, la fréquence de Brunt-Väisälä. Une onde de gravité interne ne peut donc exister qu'à une fréquence comprise entre ces deux valeurs. Les ondes de marée internes, générées par l'interaction de la marée barotrope avec la topographie du fond marin, constituent la principale source d'énergie du mélange diapycnal déjà décrit dans l'océan intérieur. Ce mélange provoque, outre le flux et le reflux de la marée sur la côte, une agitation des profondeurs plus calmes de l'océan.

Les ondes de Kelvin côtières sont des ondes de gravité piégées le long de la côte par la force de Coriolis elle-même : elles se propagent le long de la côte, la laissant à leur droite dans l'hémisphère Nord et, par symétrie, à leur gauche dans l'hémisphère Sud. Leur vitesse dépend de la profondeur de l'eau et, dans le cas des ondes de Kelvin baroclines, d'une gravité réduite liée à la différence de densité entre les couches, contrairement à la gravité normale utilisée par les ondes de Kelvin barotropes. Ces ondes barotropes sont toujours plus rapides que leurs homologues baroclines, ce qui signifie qu'un signal côtier se propage beaucoup plus vite lorsqu'il concerne toute la colonne d'eau que lorsqu'il est confiné à une seule couche. Ces ondes de Kelvin côtières sont essentielles à la fois pour la transmission des signaux le long d'un littoral et pour la réponse de l'océan aux forçages climatiques, tels que l'oscillation australe El Niño (ENSO).

Les ondes de Rossby baroclines, quant à elles, sont des perturbations de période beaucoup plus longue, allant de plusieurs mois à plusieurs années, qui se propagent vers l'ouest à des vitesses comprises entre un centième et un dixième de mètre par seconde aux latitudes moyennes, mais beaucoup plus rapidement à l'équateur, où elles atteignent entre deux et trois mètres par seconde. C’est cette propagation vers l’ouest qui fait des ondes de Rossby baroclines le principal mécanisme d’adaptation des profondeurs océaniques, avec un délai de plusieurs mois, voire d’années, aux variations de la pression atmosphérique sus-jacente.

Le comportement attendu de ces ondes de gravité internes inclut une propagation beaucoup plus lente que celle des ondes de surface, de l’ordre de 0,1 à 1 mètre par seconde, ainsi qu’une diffusion verticale où l’onde est réfléchie à la fois par la pycnocline et par le fond océanique. Lorsque cette dispersion verticale concerne spécifiquement les ondes de marée internes, elle produit ce que l’on appelle des marées internes : des oscillations observées avec des amplitudes comprises entre 10 et 100 mètres à l’intérieur de la pycnocline et des vitesses comprises entre 0,1 et 0,5 mètre par seconde. Ces marées internes entraînent des mouvements silencieux, bien en profondeur, de volumes d’eau comparables à ceux déplacés par la marée astronomique sur les côtes.

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