Wind Damping of Internal Tides in the Global Ocean
Cette étude démontre que le forçage éolien exerce un effet d'amortissement systématique sur les marées internes à l'échelle mondiale, contribuant à une perte d'énergie nette de 15 GW et représentant environ 4 % de leurs puits d'énergie totaux, nécessitant ainsi l'inclusion du travail du vent dans les bilans énergétiques des marées internes.
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L'océan est un moteur vaste et bouillonnant qui dirige le climat de la Terre, déplaçant la chaleur de l'équateur vers les pôles et recyclant les nutriments qui soutiennent la vie. Pour maintenir ce moteur en marche, l'eau doit constamment se mélanger, combinant les couches de surface chaudes avec les eaux profondes et froides. Ce mélange est largement alimenté par les marées internes, qui sont des ondes voyageant sous la surface, générées lorsque la montée et la descente régulières du fond de l'océan poussent contre l'eau située au-dessus. À mesure que ces ondes traversent le globe, elles finissent par se briser et transformer leur énergie en turbulence, tout comme les vagues de surface qui s'écrasent sur une plage. Les scientifiques savent depuis longtemps que la forme du fond de l'océan joue un rôle majeur dans l'endroit et la manière dont cette énergie est perdue. Cependant, une pièce cruciale du puzzle est restée cachée : le rôle du vent. Alors que le vent est généralement considéré comme une force qui pousse l'océan et lui ajoute de l'énergie, de nouvelles recherches suggèrent que, à l'échelle spécifique de ces ondes internes, le vent agit différemment, drainant silencieusement l'énergie.
Une équipe de chercheurs dirigée par Zhiyu Liu et Yuxun Liu de l'Université de Xiamen a maintenant mis en lumière ce processus caché. En combinant une simulation informatique hautement détaillée de l'océan mondial avec des observations réelles provenant de satellites et de bouées dérivantes, ils ont découvert que le vent atténue systématiquement, ou ralentit, les marées internes à travers la planète entière. Cette découverte remet en question la vue prédominante selon laquelle le fond de l'océan est le principal puits d'énergie des marées. Au lieu de cela, l'étude révèle que l'air au-dessus participe activement au bilan énergétique de l'océan, agissant comme un frein qui retire une quantité significative d'énergie au système d'ondes internes.
Les chercheurs ont commencé par lancer une simulation sophistiquée de l'océan mondial, si détaillée qu'elle pouvait résoudre les mouvements complexes et à petite échelle de ces ondes internes. Ils ont calculé le travail effectué par le vent sur les courants de surface associés à ces marées. En physique, le « travail » décrit comment une force transfère de l'énergie à un objet. Si le vent souffle dans la même direction que le courant, il ajoute de l'énergie ; s'il souffle contre le courant, il en retire. L'équipe a constaté qu'à l'échelle mondiale, le vent retire presque toujours de l'énergie. Cela se produit parce que la contrainte du vent dépend de la vitesse du vent par rapport à l'eau. Lorsque la marée interne coule contre le vent, la vitesse relative est plus élevée, créant une traînée plus forte qui retire plus d'énergie que le vent n'en ajoute lorsque la marée coule avec le vent. Sur un cycle de marée complet, ce déséquilibre se traduit par une perte nette d'énergie pour l'onde.
Dans leur simulation, l'équipe a calculé que cet amortissement par le vent retire environ 29,8 gigawatts d'énergie de l'océan mondial. Pour s'assurer que ce résultat n'était pas simplement un artefact de leur modèle informatique, ils ont développé un cadre mathématique plus simple pour estimer l'effet à l'aide de données réelles. Cette approche ne nécessitait que la vitesse moyenne du vent et la vitesse des marées internes, ainsi que la manière dont leurs directions s'alignaient. Lorsqu'ils ont appliqué cette méthode aux données de vent satellitaires et aux mesures de milliers de bouées dérivantes, les résultats ont tenu bon. L'estimation basée sur les observations montrait une perte d'énergie mondiale d'environ 15,4 gigawatts. Bien que ce chiffre soit inférieur à celui de la simulation, il confirme que l'amortissement par le vent est un phénomène réel et généralisé, et non seulement une possibilité théorique.
L'étude a également cartographié les régions où cet effet est le plus intense. L'amortissement est plus fort dans les régions où les vents sont puissants et les marées internes énergétiques, telles que le détroit de Luzon dans la mer de Chine méridionale, la ride des Aléoutiennes et l'aval du Gulf Stream. Contrairement à la dissipation causée par le fond de l'océan, qui est concentrée dans des bandes étroites le long des montagnes sous-marines escarpées, l'amortissement par le vent est largement répandu dans l'océan ouvert. À l'échelle mondiale, cette perte d'énergie induite par le vent représente environ 2 % des puits d'énergie totaux pour les marées internes. Cependant, cette moyenne masque son importance locale. Dans certaines régions des latitudes moyennes, l'amortissement par le vent peut représenter jusqu'à 10 % de l'énergie perdue par les marées internes, une contribution trop importante pour être ignorée.
Cette découverte étend notre compréhension du bilan énergétique de l'océan au-delà de l'eau elle-même. Elle montre que l'atmosphère et l'océan sont liés de manière plus complexe que ce que l'on pensait auparavant, le vent agissant comme un frein constant et mondial sur les ondes internes. Bien que le montant exact d'énergie retirée dépende de la façon dont nous mesurons la vitesse des marées et de la manière dont l'atmosphère et l'océan interagissent, la direction de l'effet est claire : le vent draine systématiquement l'énergie de ces ondes. Ce processus aide à expliquer comment l'énergie des marées est transférée vers des échelles plus petites, pilotant finalement le mélange qui soutient la circulation océanique mondiale. En identifiant l'amortissement par le vent comme un acteur clé, les chercheurs ont comblé une lacune critique dans notre connaissance du fonctionnement du système climatique terrestre, révélant que même l'air au-dessus des vagues joue un rôle vital dans les courants cachés de l'océan.
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