Une multitude de tourbillons, d’un diamètre de 50 à 500 kilomètres, dérivent en permanence à la surface des océans, en majorité d’est en ouest, pendant des mois ou parfois des années. Ces tourbillons, découverts il y a une trentaine d’années mais dont le rôle est encore mal connu, pourraient avoir un effet sur le climat comparable à celui des grands courants océaniques tels que le Gulf Stream. C’est ce que démontrent les recherches de deux chercheurs de l’université océanique de Chine, Zhengguang Zhang et Wai Wang, et de leur collègue Bo Qiu, de l’université de Hawaii, publiées le 26 juin dans Science
Structure en trois dimensions d'un tourbillon chaud identifié dans le Pacifique subtropical nord
© Sergey Kryazhimskiy
Les océans jouent un rôle majeur dans la régulation de la machine climatique, notamment par l’effet de la circulation d’eau à grande échelle, à laquelle participent les grands courants marins, comme le Gulf Stream, qui réchauffe l’Europe, ou le Kuroshio, qui transporte des eaux chaudes tropicales autour du Japon. La circulation d’eau à grande échelle a plusieurs moteurs physiques, principalement les vents ainsi que les écarts de température et de salinité de l’eau. On considère habituellement cette circulation à grande échelle comme la composante principale des transports d’eau océaniques, et comme le principal facteur de l’influence des océans sur le climat.Mais jusqu’ici, on n’avait pas tenté de mesurer la quantité d’eau transportée par les tourbillons « d’échelle moyenne », ceux qu’ont étudié Zhengguang Zhang et ses collègues. Les trois chercheurs ont rassemblé des données d’altimétrie mesurée par satellite sur une période allant de 1992 à 2000, qui leur a permis de localiser les tourbillons, dont la rotation provoque un creux à la surface de l’eau. Ils ont aussi utilisé les données du réseau de flotteurs Argo, un ensemble de 3000 instruments qui mesurent en temps réel la température et la salinité de l’eau des océans, de 0 à 2000 mètres de profondeur. Ils ont ainsi pu dresser une carte animée des tourbillons. Ils ont mis au point une méthode pour estimer la masse d’eau « piégée » par les tourbillons, leur vitesse de propagation, et évaluer la quantité totale d’eau qu’ils déplacent.Selon les calculs des trois chercheurs, les tourbillons d’échelle moyenne transportent au total entre 30 et 40 millions de mètres cubes d’eau par seconde, ce qui est considérable, et beaucoup plus que ce que l’on supposait. A titre de comparaison, le système des grands courants océaniques déplace de 20 à 60 millions de mètres cubes par seconde dans le Pacifique, et de 20 à 50 millions mètres cube par seconde dans l’Atlantique. L’effet des tourbillons est donc du même ordre de grandeur que celui de la circulation à grande échelle.En-dehors de l’océan austral (antarctique), les tourbillons déplacent de l’eau vers l’ouest. Selon les trois chercheurs, le rôle des tourbillons pourrait être prépondérant dans des régions où il n’y a pas de forts courants. De plus, les tourbillons peuvent transporter des fluides et du gaz carbonique dissous à une profondeur où la circulation induite par les vents est faible. Tous ces transports peuvent être importants pour l’évolution du climat à long terme.Les tourbillons agissent aussi sur les fluctuations météorologiques à plus court terme. Une étude menée en 2013 à l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich a ainsi montré que les tourbillons « anti-cycloniques » (ceux qui tournent dans le sens contraire des aiguilles d’une montre dans l’hémisphère sud) tendent, en moyenne, à faire augmenter la vitesse du vent à basse altitude, la couverture nuageuse et le risque de pluie ; à l’inverse, les tourbillons qui tournent dans le sens des aiguilles d’une montre tendent à faire diminuer les nuages et les précipitations.Zhengguang Zhang et ses collègues observent que les modèles climatiques qui simulent le réchauffement global ont jusqu’ici sous-estimé l’effet des tourbillons, ou n’ont pas une résolution suffisante pour les prendre en compte. Dans l’avenir, des modèles plus fins permettront de mieux représenter cette composante méconnue de la machine climatique.
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