Une introduction à la dynamique des océans et du climat

Les interactions océan - atmosphère forment le sujet du livre.
L’océan est mis en mouvement par les forces gravitationnelles des astres et par une variété de flux (rayonnements, quantité de mouvement, chaleur, eau douce, gaz et particules) à l’interface air-mer. Ces flux couplent deux milieux très différents du point de vue des échelles de temps, échelles courtes (jour, mois) pour l’atmosphère et longues (mois, siècle) pour l’océan, ce qui ne les pousse pas à coopérer mais à subir. L’océan subit le forçage haute fréquence de l’atmosphère et l’atmosphère subit le forçage basse fréquence de l’océan. Les technologies spatiales (altimétrie) et in situ (bouées de surface et flotteurs Argo) révèlent aujourd’hui la circulation océanique globale sur un pas de grille de quelques centaines de kilomètres. Le voyage que propose ce livre est de remonter aux causes physiques de ces observations.

Cette phrase de Newton donne le guide pour avancer, trouver les causes vraies et suffisantes. Relier observations et théories devient un entraînement à l’art de faire des approximations. Il faut couper des arbres dans la forêt des équations de la mécanique des fluides pour les adapter aux observations. En supprimant les courants, Newton explique les grandes marées par les alignements Terre – Lune – Soleil. Mais Laplace voit bien qu’il y a un décalage qui demande de considérer la dissipation par les courants. Avec la pression hydrostatique, il formule le modèle en eau peu profonde si utile pour l’étude du climat. La deuxième approximation, la géostrophie, équilibre approximatif entre force de Coriolis et force de pression, culmine avec le modèle de Charney et Eady qui explique la présence de la turbulence dans l’atmosphère (~ 1000 km) et dans l’océan (~ 100 km).

Circulation océanique et turbulence font l’objet du premier tome, tandis que le second décrit les interactions océan - atmosphère, les climats du passé et les modes climatiques couplés. Le cycle du carbone et le forçage radiatif dans l’atmosphère sont inclus pour permettre la discussion du réchauffement global. Un fil rouge a été de rendre le texte accessible aux débutants en sciences de l’Univers, mais seuls les lecteurs pourront dire si cet objectif a été atteint !