26Les océans

En décembre 1872, un navire de la marine britannique, le HMS Challenger, quitta l’Angleterre pour un voyage de trois ans et demi autour du monde. Sa mission était nouvelle : découvrir ce qui se trouve au fond des océans. Encore et encore, le navire s’arrêtait en pleine mer, et l’équipage descendait un lourd poids au bout d’une longue corde jusqu’à ce qu’il touche le fond ; la longueur de corde déroulée donnait la profondeur. Quand le navire rentra, en mai 1876, ses sondages avaient montré que le fond de l’océan a des plaines profondes et de grandes chaînes de montagnes.

Aujourd’hui, un navire cartographie le fond de la mer avec le son. Un appareil placé sous sa coque envoie vers le bas une brève impulsion sonore ; le son rebondit sur le fond et revient sous forme d’écho. Le temps que met l’écho donne la profondeur, encore et encore, pendant que le navire continue d’avancer. C’est le sonar.

Tu sais déjà

L’eau salée couvre la plus grande partie de la Terre, en un seul océan mondial divisé en océans et en mers (Chapitre 3). Les plaques s’écartent au niveau des dorsales océaniques, et une plaque s’enfonce sous une autre au niveau des fosses (Chapitre 18). Au-dessus des océans, les vents soufflent en grandes bandes : alizés, vents d’ouest et vents d’est polaires, déviés par la rotation de la Terre (Chapitre 24).

26.1 Le fond de l’océan

Si l’on pouvait vider l’eau des océans, tout un paysage caché apparaîtrait. Le long des côtes, la terre se prolonge sous la mer par un plateau peu profond, en pente douce. Puis le fond plonge par une pente raide jusqu’à de vastes plaines plates, à des kilomètres de profondeur. Des chaînes de montagnes s’élèvent de ces plaines, et çà et là d’étroites fosses descendent plus bas que tout autre endroit de la Terre.

Définition 26.1 (Les parties du fond de l’océan)

• Le plateau continental est le bord d’un continent sous la mer, peu profond et en pente douce.
• Le talus continental est la pente raide qui descend du plateau jusqu’au fond de l’océan profond.
• Une plaine abyssale est une partie vaste, très plate et profonde du fond de l’océan.
• Une dorsale océanique est une longue chaîne de montagnes sous-marines qui s’élève des plaines abyssales.
• Une fosse océanique est un sillon long, étroit et très profond du fond de l’océan, souvent voisin d’une chaîne de montagnes ou d’îles volcaniques.

L’océan a une profondeur moyenne d’environ $3700\,\mathrm{m}$, presque la moitié de la hauteur de la plus haute montagne des terres émergées. Son point le plus profond, la fosse Challenger, dans la fosse des Mariannes, dans l’océan Pacifique, se trouve à près de $11\,000\,\mathrm{m}$ sous la surface.

Méthode 26.2 (Lire un profil du fond de l’océan)

1. Lis les axes : la distance d’un côté à l’autre, la hauteur ou la profondeur de haut en bas, et l’exagération verticale.
2. Trouve le niveau de la mer (hauteur 0) et les côtes, là où le profil le traverse.
3. Suis le fond à partir d’une côte : le plateau peu profond, la pente raide, puis les plaines profondes et plates.
4. Cherche ce qui s’élève au-dessus des plaines (une dorsale) ou descend au-dessous (une fosse), et lis sa profondeur.

Exemple 26.3 (À travers l’Atlantique Sud)

Sur le profil du haut, après la côte de l’Amérique du Sud, le fond descend à plus de $3000\,\mathrm{m}$ de profondeur en moins de $300\,\mathrm{km}$. Des plaines abyssales, entre $3500\,\mathrm{m}$ et $5000\,\mathrm{m}$ de profondeur, occupent la plus grande partie de la largeur. À mi-chemin, à environ $4400\,\mathrm{km}$ le long du profil, la dorsale médio-atlantique s’élève jusqu’à environ $2300\,\mathrm{m}$ sous la surface : plus de $2000\,\mathrm{m}$ au-dessus des plaines, une chaîne de montagnes cachée sous la mer. Les plaines redescendent à plus de $5000\,\mathrm{m}$ avant que le fond ne remonte vers l’Afrique.

26.2 Une eau salée

L’eau de mer a un goût salé parce que des sels y sont dissous. La plupart viennent des roches des continents : la pluie use lentement les roches, et les rivières apportent leurs sels dissous à la mer. Certains viennent de sources chaudes du fond de l’océan.

Définition 26.4 (Salinité)

La salinité de l’eau de mer est la masse de sels dissous dans un kilogramme d’eau de mer. En moyenne, elle est d’environ $35\,\mathrm{g}$ par kilogramme : $3.5\,\%$ de la masse de l’eau de mer est du sel.

La salinité n’est pas la même partout. Quand l’eau de mer s’évapore, l’eau s’en va mais les sels restent : là où le Soleil est fort et la pluie rare, la mer devient plus salée. Là où il tombe beaucoup de pluie, ou là où se jette un grand fleuve, la mer est moins salée. Quand l’eau de mer gèle en banquise, le sel reste dans l’eau autour, qui devient elle aussi plus salée. Dans l’ensemble, la salinité est faible près de l’équateur, où il pleut beaucoup, et près des pôles ; elle est la plus forte aux latitudes moyennes, sous les bandes sèches situées vers $30{}^{\circ}$.

26.3 Les courants de surface

L’océan n’est jamais immobile. Les vents frottent sur sa surface et mettent l’eau en mouvement : les alizés réguliers la poussent vers l’ouest près de l’équateur, et les vents d’ouest la poussent vers l’est aux latitudes moyennes. Comme les vents, l’eau en mouvement est déviée par la rotation de la Terre : vers la droite dans l’hémisphère Nord, vers la gauche dans l’hémisphère Sud.

Définition 26.5 (Courant océanique et gyre)

Un courant océanique est un mouvement régulier de l’eau de mer dans une direction, comme un fleuve dans l’océan. Un gyre est une très grande boucle de courants océaniques qui tourne autour d’un bassin océanique.

Il y a cinq grands gyres : dans l’Atlantique Nord et Sud, dans le Pacifique Nord et Sud, et dans l’océan Indien. Ceux de l’hémisphère Nord tournent dans le sens des aiguilles d’une montre, ceux de l’hémisphère Sud dans le sens inverse. Sur le côté ouest de chaque océan, le courant du gyre est étroit et rapide ; sur le côté est, il est large et lent.

Au laboratoire — Un gyre dans un plat

À l’intérieur, remplis d’eau un grand plat rond et saupoudre la surface d’une pincée de poivre. Souffle doucement et régulièrement à travers une paille au-dessus du plat, toujours dans la même direction, près d’un bord. Observe le poivre : l’eau de surface se met à bouger avec ton souffle, et bientôt toute la surface tourne en boucle dans le plat.

Le plus connu de ces courants est le Gulf Stream. Il sort du golfe du Mexique, remonte vers le nord le long de la côte de la Floride, tourne vers l’est au large de la Caroline du Nord et traverse l’Atlantique vers le nord-est. Son eau chaude avance en moyenne à environ $6.4\,\mathrm{km}$ par heure, jusqu’à environ $9\,\mathrm{km}$ par heure en surface, et il transporte plus d’eau que tous les fleuves du monde réunis. Il garde la côte est de la Floride plus chaude en hiver et apporte un air doux à l’Europe de l’Ouest.

26.4 Les courants profonds et la chaleur de l’océan

Les vents entraînent les courants de surface. Bien plus bas, dans l’obscurité froide de l’océan profond, l’eau bouge aussi, beaucoup plus lentement. Dans le nord de l’Atlantique Nord, l’eau chaude apportée par le Gulf Stream cède sa chaleur à l’air froid ; refroidie, et rendue plus salée quand la banquise se forme, elle devient plus dense et coule jusqu’au fond. Cette eau froide et salée se glisse vers le sud le long du fond de l’océan, jusqu’à l’Antarctique, puis dans les océans Indien et Pacifique, où elle remonte lentement et revient en surface. Une goutte d’eau peut mettre environ $1000$ ans à faire une fois le tour de cette grande boucle, le tapis roulant océanique mondial.

Exemple 26.6 (À quelle lenteur va l’eau profonde ?)

La boucle dessinée sur la carte mesure environ $70\,000\,\mathrm{km}$. Si une goutte d’eau met environ $1000$ ans à en faire le tour, elle avance en moyenne d’environ $70\,000 \div 1000 = 70\,\mathrm{km}$ par an, soit environ $200\,\mathrm{m}$ par jour. Le Gulf Stream, à $6.4\,\mathrm{km}$ à l’heure, parcourt environ $150\,\mathrm{km}$ en un jour : il va aussi loin en environ 11 heures que l’eau profonde en une année entière.

Ensemble, les courants de surface et les courants profonds transportent de la chaleur : l’eau chaude va des tropiques vers les pôles, et l’eau froide revient vers l’équateur. Comme les vents, l’océan compense le chauffage inégal de la Terre par le Soleil.

26.5 Exercices

Exercice 26.1 ★

Range ces parties du fond de l’océan dans l’ordre où un sous-marin les rencontre en quittant une côte pour le milieu de l’Atlantique : plaine abyssale ; talus continental ; dorsale océanique ; plateau continental.

Solution

Solution de Exercice 26.1.

Plateau continental, talus continental, plaine abyssale, dorsale océanique.

Exercice 26.2 ★

Vrai ou faux ? Corrige les phrases fausses. (a) L’océan a une profondeur moyenne d’environ $37\,\mathrm{km}$. (b) Les gyres de l’hémisphère Nord tournent dans le sens des aiguilles d’une montre. (c) L’évaporation rend l’eau de mer moins salée. (d) Le Gulf Stream est un courant chaud.

Solution

Solution de Exercice 26.2.

(a) Faux : environ $3700\,\mathrm{m}$, soit $3.7\,\mathrm{km}$. (b) Vrai. (c) Faux : l’évaporation enlève de l’eau et laisse les sels : l’eau devient donc plus salée. (d) Vrai.

Exercice 26.3 ★

Donne le mot qui correspond à chaque description : (a) une longue chaîne de montagnes sous la mer ; (b) la masse de sel dans un kilogramme d’eau de mer ; (c) une très grande boucle de courants océaniques ; (d) un sillon long, étroit et très profond du fond de l’océan.

Solution

Solution de Exercice 26.3.

(a) Une dorsale océanique. (b) La salinité. (c) Un gyre. (d) Une fosse océanique.

Exercice 26.4 ★

Sur la carte des gyres : (a) dans quel sens tourne le gyre de l’Atlantique Sud ? (b) Nomme un courant chaud et un courant froid de l’Atlantique Nord. (c) Quels vents poussent l’eau vers l’ouest près de l’équateur ?

Solution

Solution de Exercice 26.4.

(a) Dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. (b) Chaud : le Gulf Stream ; froid : le courant des Canaries. (c) Les alizés.

Exercice 26.5 ★★

Un échantillon de $1\,\mathrm{kg}$ d’eau de mer contient $35\,\mathrm{g}$ de sels. (a) Quel pourcentage de sa masse est du sel ? (b) Combien de grammes de sels y a-t-il dans $20\,\mathrm{kg}$ de cette eau ? (c) Combien de kilogrammes d’eau de mer contiennent $1\,\mathrm{kg}$ de sels ?

Solution

Solution de Exercice 26.5.

(a) $35 \div 1000 \times 100 = 3.5~\%$. (b) $20 \times 35 = 700\,\mathrm{g}$. (c) $1000 \div 35 \approx 28.6$ : environ $29\,\mathrm{kg}$.

Exercice 26.6 ★★

Le sonar d’un navire envoie une impulsion sonore droit vers le bas. L’écho revient $6\,\mathrm{s}$ plus tard. Le son parcourt environ $1500\,\mathrm{m}$ par seconde dans l’eau de mer. (a) Quelle distance le son parcourt-il en $6\,\mathrm{s}$ ? (b) Pourquoi la profondeur n’est-elle que la moitié de cette distance ? (c) Quelle est la profondeur ? (d) Au-dessus de quelle partie du fond de l’océan le navire pourrait-il se trouver ?

Solution

Solution de Exercice 26.6.

(a) $1500 \times 6 = 9000\,\mathrm{m}$. (b) Le son descend jusqu’au fond et remonte : il parcourt deux fois la profondeur. (c) $9000 \div 2 = 4500\,\mathrm{m}$. (d) Une plaine abyssale (une fosse serait plus profonde, une dorsale ou un plateau moins profonds).

Exercice 26.7 ★★

Utilise le profil à travers l’Atlantique Sud. (a) Quelle est à peu près la profondeur des plaines abyssales ? (b) À quelle distance le long du profil se trouve la crête de la dorsale médio-atlantique, et quelle est sa profondeur ? (c) De combien de mètres la dorsale s’élève-t-elle au-dessus des plaines ? (d) Pourquoi le profil a-t-il besoin d’une exagération verticale ?

Solution

Solution de Exercice 26.7.

(a) Entre environ $3500\,\mathrm{m}$ et $5000\,\mathrm{m}$. (b) À environ $4400\,\mathrm{km}$ le long du profil, à environ $2300\,\mathrm{m}$ de profondeur. (c) Environ $4500 - 2300 = 2200\,\mathrm{m}$ (entre 1200 et $2700\,\mathrm{m}$, selon la plaine choisie). (d) L’océan a quelques kilomètres de profondeur mais des milliers de kilomètres de largeur : dessiné à la même échelle, tout le profil serait plus mince qu’un trait.

Exercice 26.8 ★★

La mer A se trouve entre deux déserts : il n’y pleut presque jamais et aucun grand fleuve ne s’y jette. La mer B, dans une région pluvieuse, reçoit de nombreux grands fleuves. Explique laquelle des deux est plus salée que l’océan ouvert, et laquelle l’est moins. Utilise les mots évaporation, eau douce, les sels restent.

Solution

Solution de Exercice 26.8.

La mer A est plus salée : le Soleil et l’air sec provoquent une forte évaporation, l’eau s’en va, les sels restent, et presque aucune pluie ni aucun fleuve ne rapporte d’eau douce. La mer B est moins salée : ses fleuves et sa pluie apportent beaucoup d’eau douce, qui dilue les sels.

Exercice 26.9 ★★

Un message dans une bouteille est jeté à la mer au large de la côte de la Floride. (a) Quel courant l’emporte d’abord, et dans quelle direction ? (b) Dans quel sens traverse-t-il ensuite l’Atlantique ? (c) S’il continuait le tour du gyre, le long de quelle côte descendrait-il vers le sud ? (d) Ce courant est-il chaud ou froid ?

Solution

Solution de Exercice 26.9.

(a) Le Gulf Stream, vers le nord le long de la côte, puis vers le nord-est. (b) Vers l’est (le nord-est), avec la dérive nord-atlantique. (c) Le long de la côte du nord-ouest de l’Afrique (et de l’Espagne et du Portugal), avec le courant des Canaries. (d) Froid.

Exercice 26.10 ★★

Le Gulf Stream avance en moyenne à environ $6.4\,\mathrm{km}$ par heure. (a) Quelle distance son eau parcourt-elle en un jour ? (b) En une semaine ? (c) Compare avec une personne qui marche à $5\,\mathrm{km}$ par heure.

Solution

Solution de Exercice 26.10.

(a) $6.4 \times 24 = 153.6$ : environ $154\,\mathrm{km}$. (b) $153.6 \times 7 \approx 1075\,\mathrm{km}$. (c) Le Gulf Stream est un peu plus rapide qu’un marcheur, mais il ne s’arrête jamais, ni le jour ni la nuit.

Exercice 26.11 ★★★

L’océan a une profondeur moyenne d’environ $3700\,\mathrm{m}$, et son point le plus profond se trouve à près de $11\,000\,\mathrm{m}$. (a) Écris les deux profondeurs en kilomètres. (b) Combien de fois le point le plus profond est-il plus profond que la moyenne ? Arrondis au dixième. (c) Un écho de sonar renvoyé par le point le plus profond : combien de secondes met-il à revenir, à $1500\,\mathrm{m}$ par seconde ? (d) Une goutte d’eau du tapis roulant plonge dans l’Atlantique Nord. Si elle met environ $1000$ ans à en faire le tour, combien d’années cela fait-il, en puissance de dix ?

Solution

Solution de Exercice 26.11.

(a) $3.7\,\mathrm{km}$ et $11\,\mathrm{km}$. (b) $11000 \div 3700 \approx 3.0$ fois. (c) Le son parcourt $2 \times 11000 = 22\,000\,\mathrm{m}$ ; $22000 \div 1500 \approx 14.7$ : environ $15\,\mathrm{s}$. (d) $1000 = 10^3$ ans.

Exercice 26.12 ★★★

Le grand tapis roulant de l’océan profond commence en mer de Norvège, au large de la côte norvégienne, là où l’eau chaude apportée par le Gulf Stream cède sa chaleur à l’air froid. (a) À l’aide de la carte des gyres et du chapitre, explique étape par étape comment cette eau chaude est arrivée là depuis les tropiques, et quels vents l’ont poussée. (b) Explique pourquoi l’eau plonge ensuite. (c) Où va-t-elle ensuite ?

Solution

Solution de Exercice 26.12.

(a) Près de l’équateur, les alizés poussent l’eau tropicale chaude vers l’ouest. Au bord ouest de l’Atlantique, elle remonte vers le nord avec le Gulf Stream, un courant chaud, le long de la Floride et de l’Amérique du Nord. Les vents d’ouest la poussent ensuite à travers l’Atlantique vers le nord-est, jusqu’aux mers situées au large de la Norvège. (b) Là, elle cède sa chaleur à l’air froid : elle se refroidit, et elle devient plus salée quand la banquise se forme, parce que le sel reste dans l’eau. L’eau froide et salée est dense : elle coule donc jusqu’au fond. (c) Elle se glisse vers le sud le long du fond de l’océan, vers l’Antarctique, puis dans les océans Indien et Pacifique, où elle remonte lentement.

26.6 Problème : Une bouée dérivante

Problème 26.1

Problème du week-end — une bouée dérivante est lâchée au large de la Floride et emportée autour du gyre de l’Atlantique Nord ; son voyage est suivi étape par étape, et l’on calcule le temps qu’il lui faut pour en faire une fois le tour

Des scientifiques lâchent une bouée dérivante au large de la côte de la Floride. Elle flotte juste sous la surface, se déplace avec les courants, et envoie sa position à un satellite. Ses batteries durent environ un an. La carte montre les quatre étapes de son voyage autour du gyre de l’Atlantique Nord.

étape	courant	longueur (km)	vitesse moyenne (km par jour)
A	Gulf Stream	3800	100
B	dérive nord-atlantique	2100	20
C	courant des Canaries	3100	20
D	courant nord-équatorial	6100	20

Partie I — Le lâcher.

1. Dans quel océan, et dans quel hémisphère, la bouée est-elle lâchée ?
2. Dans quel sens tourne le gyre ? La bouée est-elle d’abord emportée vers le nord ou vers le sud ?
3. L’eau de l’étape A est-elle chaude ou froide ? Et celle de l’étape C ? Explique.
4. Quels vents entraînent les courants de l’étape B ? Ceux de l’étape D ?

Partie II — Autour du gyre.

5. Combien de jours dure l’étape A ?
6. Combien de jours durent les étapes B, C et D ?
7. Quelle est la longueur totale du voyage autour du gyre ?
8. Pourquoi l’étape A est-elle tellement plus rapide que les autres ?

Partie III — La durée du voyage.

9. Combien de jours faut-il à la bouée pour faire une fois le tour du gyre ?
10. En comptant un mois pour 30 jours, combien de mois cela fait-il ? Arrondis au mois près.
11. Sur quelle étape les batteries seront-elles épuisées, au bout d’environ un an (365 jours) ?
12. De combien de mois de batterie supplémentaires la bouée aurait-elle besoin pour envoyer sa position pendant tout le tour ?

Solution

Solution de Problème 26.1.

1. Dans l’océan Atlantique, dans l’hémisphère Nord.

2. Dans le sens des aiguilles d’une montre ; la bouée est d’abord emportée vers le nord.

3. L’étape A (Gulf Stream) est chaude : elle vient des tropiques. L’étape C (courant des Canaries) est froide : elle vient de plus hautes latitudes et va vers l’équateur.

4. Étape B : les vents d’ouest. Étape D : les alizés.

5. $3800 \div 100 = 38$ jours.

6. B : $2100 \div 20 = 105$ jours. C : $3100 \div 20 = 155$ jours. D : $6100 \div 20 = 305$ jours.

7. $3800 + 2100 + 3100 + 6100 = 15\,100\,\mathrm{km}$.

8. Le Gulf Stream est le courant étroit et rapide du côté ouest du gyre ; les courants des autres côtés sont larges et lents.

9. $38 + 105 + 155 + 305 = 603$ jours.

10. $603 \div 30 = 20.1$ : environ 20 mois.

11. Après les étapes A, B et C, $38 + 105 + 155 = 298$ jours se sont écoulés ; le 365^e jour arrive pendant l’étape D (le courant nord-équatorial), $365 - 298 = 67$ jours après son début.

12. $603 - 365 = 238$ jours de plus, soit $238 \div 30 \approx 8$ mois de plus.