La répartition des températures dans l'océan

[Pierre-Ernest]

En réfléchissant sur la réponse à apporter à Charles concernant l'évolution des températures dans le problème maison/piscine/chauffage et laine de verre, en même temps que je travaillais sur la transmission de la chaleur à travers les couches océaniques, j'en suis arrivé à me poser quelques questions fondamentales pour lesquelles je n'ai pas trouvé de réponse satisfaisante sur le WEB.

Je vous livre donc ces questions :

1) pourquoi la mer est-elle aussi froide en moyenne, alors qu'elle reçoit de la chaleur d'un peu de partout (soleil, atmosphère, manteau) et qu'elle ne peut en réemettre que depuis sa surface ?

L'explication est, il me semble, qu'à part exception locale ou temporelle (c'est le cas aujourd'hui) la quantité de chaleur réçue est normalement égale à la quantité de chaleur émise (sous toutes ses formes) par la surface. C'est donc l'hypothèse fondamentale qu'il faut prendre pour calculer les transferts de chaleur.

2) pourquoi la partie inférieure de la mer est-elle plus froide que la surface ?

Là, l'explication vient de la différence de densité en fonction de la température : le profil de température de la mer reflète le profil des densités conjugué avec celui des pressions, et pour un minimum d'énergie potentielle. (Sauf près de la surface, où l'apport de chaleur externe et la convection viennent modifier cet équilibre). En gros, le point d'équilibre thermique de surface (pour la masse de l'océan) n'est pas situé exactement à la surface, mais un peu au-dessous. Cette explication amène la question suivante.

3) pourquoi estime-t-on que le transfert de chaleur depuis la partie actuellement déjà plus chaude (par rapport à l'équilibre pré-industriel) vers l'ensemble de l'océan, et en particulier vers les eaux situées aux grandes profondeurs se traduira par une augmentation globale du volume, alors qu'on pourrait supposer que cette augmentation de volume est déja intégrée dans la partie de l'océan qui a reçu cette chaleur (située près de la surface, et qui est donc plus chaude) ?

La question est là, un peu plus fondamentale. Je crois (c'est plus philosophique que scientifique) que les systèmes tendent toujours, s'ils en ont la possibilité, à évoluer vers l'état de plus basse énergie possible. C'est ce que j'ai un jour appelé la loi de Le Chatelier (peut-être à tort, mais parce que je pensais que cela reflétait beaucoup l'esprit de cette loi).

Dans ce contexte, il me semble que la situation qui consiste, pour l'océan, à occuper le moins de volume possible est la situation de moindre énergie (ne serait-ce que parce que l'énergie potentielle du système est minimale).

En appliquant ce principe, on en déduit que le fait pour l'océan de "gonfler" sans apport supplémentaire d'énergie extérieure, contredit ce principe.

Quelle est donc la solution ?

Pour moi elle est dans le fait que la répartition de la chaleur supplémentaire ne doit, en réalité pas être uniforme, comme on le suppose généralement pour les calculs, mais doit se faire selon un profil vertical qui correspond au minimum d'énergie pour le système. On en déduit logiquement que ce "gonflement" futur ne doit, en réalité, pas se produire. Et il est même probable que l'état final correspondra à un volume global inférieur. Paradoxal, non ?

Evidemment, je suis preneur de toute meilleure explication.

[Invité]

1) pourquoi la mer est-elle aussi froide en moyenne, alors qu'elle reçoit de la chaleur d'un peu de partout (soleil, atmosphère, manteau) et qu'elle ne peut en réemettre que depuis sa surface ?

L'explication est, il me semble, qu'à part exception locale ou temporelle (c'est le cas aujourd'hui) la quantité de chaleur réçue est normalement égale à la quantité de chaleur émise (sous toutes ses formes) par la surface. C'est donc l'hypothèse fondamentale qu'il faut prendre pour calculer les transferts de chaleur.

La chaleur reçue du manteau est de l'ordre de 50 mW/m2.

Elle s'évacue très progressivement par la convection et la conduction.

L'océan est très froid comme je l'indiquais ailleurs, sa température moyenne est de 3.5°C.

Cette température très basse provient exclusivement de la circulation thermohaline qui se manifeste par une plongée d'eaux très froides, salées et donc très denses aux niveaux arctique et antarctique.

La température finale de l'océan se calcule par les flux énergétiques reçus et les coefficients d'échange entre les différentes couches.

2) pourquoi la partie inférieure de la mer est-elle plus froide que la surface ?

Là, l'explication vient de la différence de densité en fonction de la température : le profil de température de la mer reflète le profil des densités conjugué avec celui des pressions, et pour un minimum d'énergie potentielle. (Sauf près de la surface, où l'apport de chaleur externe et la convection viennent modifier cet équilibre). En gros, le point d'équilibre thermique de surface (pour la masse de l'océan) n'est pas situé exactement à la surface, mais un peu au-dessous. Cette explication amène la question suivante.

Que veux-tu dire par "le profil des températures reflète le profil des densités" ?

C'est évident non?

Qu'appelles-tu exactement "point d'équilibre thermique de surface"?

Et pourquoi le "sauf près de la surface"?

Près de la surface règne ce que l'on appelle la mixed layer où températures et densités sont également liées.

le profil est différent, mais il obéit aux mêmes lois que plus bas.

3) pourquoi estime-t-on que le transfert de chaleur depuis la partie actuellement déjà plus chaude (par rapport à l'équilibre pré-industriel) vers l'ensemble de l'océan, et en particulier vers les eaux situées aux grandes profondeurs se traduira par une augmentation globale du volume, alors qu'on pourrait supposer que cette augmentation de volume est déja intégrée dans la partie de l'océan qui a reçu cette chaleur (située près de la surface, et qui est donc plus chaude) ?

Je ne crois pas que quiconque estime celà.

Ce qu'on estime pour le moment c'est que l'océan n'a pas absorbé toute la chaleur qu'il devrait avoir absorbée.

C'est cette chaleur à absorber et non pas la chaleur déjà absorbée qui sera responsable de l'augmentation future de niveau.

Dans ce contexte, il me semble que la situation qui consiste, pour l'océan, à occuper le moins de volume possible est la situation de moindre énergie (ne serait-ce que parce que l'énergie potentielle du système est minimale).

En appliquant ce principe, on en déduit que le fait pour l'océan de "gonfler" sans apport supplémentaire d'énergie extérieure, contredit ce principe.

oui mais qui a dit encore une fois qu'il n'y avit pas d'apport d'énergie extérieure?

Il existe pour le moment un flux permanent d'énergie extérieure qui est compensé par un réchauffement de la masse.

Pour moi elle est dans le fait que la répartition de la chaleur supplémentaire ne doit, en réalité pas être uniforme, comme on le suppose généralement pour les calculs, mais doit se faire selon un profil vertical qui correspond au minimum d'énergie pour le système. On en déduit logiquement que ce "gonflement" futur ne doit, en réalité, pas se produire. Et il est même probable que l'état final correspondra à un volume global inférieur. Paradoxal, non ?

Non ce raisonnement ne tient pas une seule seconde dans le cadre de ce que j'ai dit plus haut.

L'océan est entrain de se réchauffer globalement et que ce soit de manière stratifiée ou pas chaque couche sera plus chaude après réchauffement qu'avant.

Si on admet que l'océan ne reçoit plus d'énergie extérieure et que l'on regarde le réarrangement thermique final cela peut se dicuter.

[Pierre-Ernest]

Que veux-tu dire par "le profil des températures reflète le profil des densités" ?

C'est évident non?

Qu'appelles-tu exactement "point d'équilibre thermique de surface"?

Et pourquoi le "sauf près de la surface"?

Près de la surface règne ce que l'on appelle la mixed layer où températures et densités sont également liées.

le profil est différent, mais il obéit aux mêmes lois que plus bas.

Je veux simplement dire que compte tenu de la couche supérieure de mélange, la courbe température en fonction de la profondeur subit des perturbations en surface, et que tout se passe comme si l'évolution régulière des températures ne commençait pas à la surface, mais en-dessous.Si tu imagines une colonne d'eau de 3800 m le tout à, disons, 10°C, et que tu l'abandonnes pendant (très) longtemps, tu constateras, à ton retour, que la belle homogénéité des températures s'est transformée en une répartition selon les densité de 1 ou 2 °C en bas, jusqu'à, disons, 20°C en-haut. C'est pas rigolo, ça ? (En tout cas, c'est pas si évident que ça).

Je ne crois pas que quiconque estime celà.

Ce qu'on estime pour le moment c'est que l'océan n'a pas absorbé toute la chaleur qu'il devrait avoir absorbée.

C'est cette chaleur à absorber et non pas la chaleur déjà absorbée qui sera responsable de l'augmentation future de niveau.

Là, je pense que tu es un petit peu trop affirmatif. Il n'y a pas que la chaleur à absorber. Il y a aussi l'effet de la chaleur déjà absorbée. Le GIEC dit dans le livre 11 consacré aux changements de niveau de la mer (§ 11.2.1) :"As the ocean warms, the density decreases and thus even at constant mass the volume of the ocean ncreases. (...) Water at higher temperature or under greater pressure (i.e., at greater depth) expands more for a given heat input, so the global average expansion is affected by the distribution of heat within the ocean. (...)

The rate of climate change depends strongly on the rate at which heat is removed from the ocean surface layers into the ocean interior; if heat is taken up more readily, climate change is retarded but sea level rises more rapidly. Climate change simulation requires a model which represents the sequestration of heat

in the ocean and the evolution of temperature as a function of depth.

The large heat capacity of the ocean means that there will be considerable delay before the full effects of surface warming are felt throughout the depth of the ocean. As a result, the ocean will not be in equilibrium and global average sea level will continue to rise for centuries after atmospheric greenhouse gas oncentrations have stabilised.

(J'ai mis en gras ce que tu penses que personne n'estime...)

oui mais qui a dit encore une fois qu'il n'y avit pas d'apport d'énergie extérieure?

Je n'ai pas dit ça. Le GIEC dit que l'océan "gonfle" même sans apport d'énergie extérieure lorsque la chaleur transmise par les hautes couches atteint les basses couches

Non ce raisonnement ne tient pas une seule seconde dans le cadre de ce que j'ai dit plus haut.

Je crois qu'il faut peut-être revoir ta position à la lumière des affirmations du GIEC qui tu n'avais peut-être pas prises toutes en compte...

[Invité]

Je n'ai pas dit ça. Le GIEC dit que l'océan "gonfle" même sans apport d'énergie extérieure lorsque la chaleur transmise par les hautes couches atteint les basses couches

Je crois qu'il faut peut-être revoir ta position à la lumière des affirmations du GIEC qui tu n'avais peut-être pas prises toutes en compte...

Je ne savais pas ce qu'avait déclaré le GIEC, mais j'ai dit aussi ceci:

Si on admet que l'océan ne reçoit plus d'énergie extérieure et que l'on regarde le réarrangement thermique final cela peut se dicuter.

Et je ne vois pas ce qui empêche ce que prétend le GIEC.

Il n'y a pas d'impossibilité théorique à ce que de la chaleur transférée de haut en bas fasse que la variation de densité soit plus forte en bas qu'en haut.

Comme nous en avons déjà parlé, cette transmission se fait déjà de cette façon.

Même sans apport d'énergie extérieure le fait d'avoir une couche supérieure plus chaude entraîne bien par convection forcée et ce, tant que la couche inférieure est plus froide, un réchauffement de haut en bas.

Je ne comprends donc vraiment pas comment tu peux dire que le niveau final sera plus bas que le niveau initial.

[sirius]

The large heat capacity of the ocean means that there will be considerable delay before the full effects of surface warming are felt throughout the depth of the ocean. As a result, the ocean will not be in equilibrium and global average sea level will continue to rise for centuries after atmospheric greenhouse gas oncentrations have stabilised.

(J'ai mis en gras ce que tu penses que personne n'estime...)

Je n'ai pas dit ça. Le GIEC dit que l'océan "gonfle" même sans apport d'énergie extérieure lorsque la chaleur transmise par les hautes couches atteint les basses couches

Je crois qu'il faut peut-être revoir ta position à la lumière des affirmations du GIEC qui tu n'avais peut-être pas prises toutes en compte...

Je lis sans doute trop vite (désolé, pas le temps) mais il me semble que tu te contredis, non?

Et il est même probable que l'état final correspondra à un volume global inférieur. Paradoxal, non ?

Ou alors, veux tu dire que , dans l'état final, la chaleur étant transférée vers les basses couches, ce sont celles là qui gonfleront au détriment des couches superficielles?

C'est ça?

[Pierre-Ernest]

Je lis sans doute trop vite (désolé, pas le temps) mais il me semble que tu te contredis, non?

Ou alors, veux tu dire que , dans l'état final, la chaleur étant transférée vers les basses couches, ce sont celles là qui gonfleront au détriment des couches superficielles?

C'est ça?

Je ne me contredis pas : je pense que, contrairement à ce qu'envisage le GIEC, l'accroissement de volume des couches inférieures sans apport d'énergie extérieure (1), juste par transfert de l'énergie des couches supérieures vers les couches inférieures, et qui se traduirait effectivement par un gonflement des couches inférieures au détriment des couches supérieures (mais plus important) si on applique simplement les lois de la physique, n'est finalement pas envisageable, car cela correspondrait à une augmentation de l'énergie globale du système. Donc, je pense que la chaleur se répartira plutôt entre les différentes couches à volume (et donc à énergie) minimum. Et il n'est pas impossible que cette répartition entraine finalement une légère diminution du volume total (à échange d'énergie avec l'extérieur nul) (1) Celà dit, comme effectivement j'avais raisonné à échange d'énergie nul (1) et que cet échange n'est pas nul, il y aura bien augmentation de volume global, mais pas différé par suite du transfert de l'énergie vers le bas.

(1) je me répète toujours à cause de cet échange d'énergie, car sinon, Meteor va encore me dire qu'il y a échange...

[sirius]

Je ne me contredis pas : je pense que, contrairement à ce qu'envisage le GIEC, l'accroissement de volume des couches inférieures sans apport d'énergie extérieure (1), juste par transfert de l'énergie des couches supérieures vers les couches inférieures, et qui se traduirait effectivement par un gonflement des couches inférieures au détriment des couches supérieures (mais plus important) si on applique simplement les lois de la physique, n'est finalement pas envisageable, car cela correspondrait à une augmentation de l'énergie globale du système. Donc, je pense que la chaleur se répartira plutôt entre les différentes couches à volume (et donc à énergie) minimum. Et il n'est pas impossible que cette répartition entraine finalement une légère diminution du volume total (à échange d'énergie avec l'extérieur nul) (1)

Celà dit, comme effectivement j'avais raisonné à échange d'énergie nul (1) et que cet échange n'est pas nul, il y aura bien augmentation de volume global, mais pas différé par suite du transfert de l'énergie vers le bas.

(1) je me répète toujours à cause de cet échange d'énergie, car sinon, Meteor va encore me dire qu'il y a échange...

Je ne te suis pas très bien mais est ce que tu tiens compte de ce que l'océan est brassé, cad que ta piscine est à remous et non pas au repos.

Sinon, je m'étonne quand même que les océanographes physiciens fassent des erreurs aussi grossières.

Comme dit Meteor, doit y avoir un hic.

On en reparlera demain en ce qui me concerne.

Bonne soirée

[Pierre-Ernest]

Je ne te suis pas très bien mais est ce que tu tiens compte de ce que l'océan est brassé, cad que ta piscine est à remous et non pas au repos.

Sinon, je m'étonne quand même que les océanographes physiciens fassent des erreurs aussi grossières.

Comme dit Meteor, doit y avoir un hic.

On en reparlera demain en ce qui me concerne.

Bonne soirée

Non, il est certain que le brassage doit intervenir. Mais, remarquons tout de même qu'il n'intervient pas autant que ça, car sinon, les températures seraient homogènes.

[charles.muller]

Le GIEC dit que l'océan "gonfle" même sans apport d'énergie extérieure lorsque la chaleur transmise par les hautes couches atteint les basses couches

Pas tellement de compétences pour aller au fond du débat. Il me semble que le GIEC dit qu'une même quanité de chaleur entraîne une expansion de volume plus importante en eau dense (profonde) que peu dense (superficielle). De sorte qu'un transfert vertical de chaleur va se traduire pas une perte de volume X en haut et un gain de volume Y en bas, mais avec Y > X

IPCC : Water at higher temperature or under greater pressure (i.e., at greater depth) expands more for a given heat input, so the global average expansion is affected by the distribution of heat within the ocean.

[Pierre-Ernest]

Pas tellement de compétences pour aller au fond du débat. Il me semble que le GIEC dit qu'une même quanité de chaleur entraîne une expansion de volume plus importante en eau dense (profonde) que peu dense (superficielle). De sorte qu'un transfert vertical de chaleur va se traduire pas une perte de volume X en haut et un gain de volume Y en bas, mais avec Y > X

IPCC : Water at higher temperature or under greater pressure (i.e., at greater depth) expands more for a given heat input, so the global average expansion is affected by the distribution of heat within the ocean.

C'est exactement l'explication classique donnée pour déclarer que le niveau de l'océan va continuer à monter en raison de la répartition de la chaleur déjà emmagasinée : l'augmentation de température des couches profondes par la récupération d'une partie de la chaleur des couches supérieures serait plus forte que la diminution concomitante des couches supérieures qui se refroidissent en cédant leur chaleur.

Le volume global augmenterait donc par simple échange de calories entre les couches.

Cette conséquence logique est valable si on suppose que la chaleur tend à se répartir uniformément.

L'idée que je défends est que cette répartition uniforme est contraire à la tendance des systèmes à se déplacer vers un état possédant le minimum d'énergie (comme une bille dans une gouttière qui se positionne spontanément au point le plus bas).

Cette règle est valable si le système n'est pas contraint par une force extérieure qui s'oppose à ce mouvement. Mais avec l'eau de mer qui est un fluide newtonien, c'est le cas (pas de contrainte à subir, le milieu est parfaitement fluide et sans seuil de cisaillement) (1).

Comme il est peu concevable que les observations sur l'évolution de la densité de l'eau de mer en fonction de la température et de la pression soient fausses, il faut donc en déduire que la répartition de la chaleur suit une autre règle que la répartition uniforme.

D'ailleurs, si on examine la répartition des températures dans la mer, la preuve, à mon sens convaincante, est sous nos yeux... N'est-il pas étrange, en effet, que le fond des océans, du moins au-delà d'une certaine profondeur soit à la même température quelle que soit la latitude ?

(1) un fluide newtonien ne possède pas de seuil de cisaillement. Le seuil de cisaillement est une contrainte de cisaillement minimale qu'on doit imposer à certain liquides pour les mettre en mouvement. Le yaourt possède un seuil de cisaillement. Le miel, non (pour rester dans le petit déjeuner). La viscosité ralentit le mouvement d'un liquide newtonien, mais ne l'arrête pas.

[charles.muller]

Cette conséquence logique est valable si on suppose que la chaleur tend à se répartir uniformément.

L'idée que je défends est que cette répartition uniforme est contraire à la tendance des systèmes à se déplacer vers un état possédant le minimum d'énergie (comme une bille dans une gouttière qui se positionne spontanément au point le plus bas).

Cette règle est valable si le système n'est pas contraint par une force extérieure qui s'oppose à ce mouvement. Mais avec l'eau de mer qui est un fluide newtonien, c'est le cas (pas de contrainte à subir, le milieu est parfaitement fluide et sans seuil de cisaillement) (1).

Comme il est peu concevable que les observations sur l'évolution de la densité de l'eau de mer en fonction de la température et de la pression soient fausses, il faut donc en déduire que la répartition de la chaleur suit une autre règle que la répartition uniforme.

D'ailleurs, si on examine la répartition des températures dans la mer, la preuve, à mon sens convaincante, est sous nos yeux... N'est-il pas étrange, en effet, que le fond des océans, du moins au-delà d'une certaine profondeur soit à la même température quelle que soit la latitude ?

(1) un fluide newtonien ne possède pas de seuil de cisaillement. Le seuil de cisaillement est une contrainte de cisaillement minimale qu'on doit imposer à certain liquides pour les mettre en mouvement. Le yaourt possède un seuil de cisaillement. Le miel, non (pour rester dans le petit déjeuner). La viscosité ralentit le mouvement d'un liquide newtonien, mais ne l'arrête pas.

Merci des explications. Si je te suis bien, tu penses en quelque sorte que l'océan a tendance à rester assez stratifié, de sorte que les échanges d'énergie se passent surtout dans la couche supérieure, avec une diffusion de chaleur vers le fond qui reste marginale à l'échelle des temps climatiques / géologiques (des décennies aux millions d'années).

Pour ce qui est des échelles climatiques, c'est assez cohérent avec les estimations de Levitus ou Lyman. Chez Levitus, la couche 1000-3000 m ne représente que 9% de la variation sur 50 ans. Et il faudrait analyser en détail le profil des T sur ces profondeurs, le signal à 3000 m doit être minime, évidemment. Bien sûr, cela ne dit pas ce qui se passe après 500 ans ou 5000 ans. Mais dans un tel laps de temps, il est probable que le bilan radiatif redevienne favorable à des pertes IR importantes (de la surface vers l'espace), donc que la chaleur se dissipe en partie avant d'avoir atteint le fond.

Je note par ailleurs, à la lumière de ton post, que l'hypothèse d'une diffusion de la chaleur vers le fond pour expliquer la perte Lyman 2003-2005 aurait dû se traduire par une nette hausse du niveau des mers (puisque l'effet sur le volume est prop. à la densité). Je ne crois pas que cela soit le cas.

[the fritz]

Je pense que vous trouverez pas mal de renseignements sur le site de Lecalve à l’université de Toulon

lecalve@univ-tln.fr

Il y a notamment une figure température /masse volumique que j’interprète de la façon suivante : pour une même augmentation de température, la diminution de masse volumique est plus importante pour les eaux chaudes que pour les eaux froides ;autrement dit, si l’on transfert de la chaleur de la surface au fond, l’océan se rétracte.

[Pierre-Ernest]

Merci des explications. Si je te suis bien, tu penses en quelque sorte que l'océan a tendance à rester assez stratifié, de sorte que les échanges d'énergie se passent surtout dans la couche supérieure, avec une diffusion de chaleur vers le fond qui reste marginale à l'échelle des temps climatiques / géologiques (des décennies aux millions d'années).

Oui, car sinon, on ne voit pas pourquoi la température du fond ne serait pas identique à celle de la surface.Je ne nie évidemment pas les mouvements de l'eau, mais je pense que la chaleur est échangée pas très loin de la surface et n'atteint jamais les couches profondes. Sinon, on l'aurait détecté.

[charles.muller]

Oui, car sinon, on ne voit pas pourquoi la température du fond ne serait pas identique à celle de la surface.

Je ne nie évidemment pas les mouvements de l'eau, mais je pense que la chaleur est échangée pas très loin de la surface et n'atteint jamais les couches profondes. Sinon, on l'aurait détecté.

Le fait est que les profils de T océaniques (ci-dessous, site de Fritz) montrent que le gradient est rapide dans les 1000 premiers mètres (jusqu'à la thermocline), puis très faible en-dessous. Il n'y a que les zones froides où la différence surface-fond est faible. S'il existait une diffusion "uniforme" de la chaleur vers le fond, j'imagine que l'on ne pourrait pas expliquer l'existence de cette "frontière" qu'est la thermocline, qui se confond à peu près avec la pycnocline. Inversement, d'un point de vue théorique, quelles sont les lois physiques expliquant ce que tu avances (c'est-à-dire, sur quelles propriétés de l'eau / de la chaleur pourrait-on appuyer l'hypothèse que la chaleur n'atteint jamais une certaine profondeur) ?

[Marot]

Je pense que vous trouverez pas mal de renseignements sur le site de Lecalve à l’université de Toulon

lecalve@univ-tln.fr

Il y a notamment une figure température /masse volumique que j’interprète de la façon suivante : pour une même augmentation de température, la diminution de masse volumique est plus importante pour les eaux chaudes que pour les eaux froides ;autrement dit, si l’on transfert de la chaleur de la surface au fond, l’océan se rétracte.

Olivier Le Calvé est à l'institut des sciences de l'ingénieur de Toulon et du Var.Cours d'océanographie physique.

[Pierre-Ernest]

Le fait est que les profils de T océaniques (ci-dessous, site de Fritz) montrent que le gradient est rapide dans les 1000 premiers mètres (jusqu'à la thermocline), puis très faible en-dessous. Il n'y a que les zones froides où la différence surface-fond est faible. S'il existait une diffusion "uniforme" de la chaleur vers le fond, j'imagine que l'on ne pourrait pas expliquer l'existence de cette "frontière" qu'est la thermocline, qui se confond à peu près avec la pycnocline. Inversement, d'un point de vue théorique, quelles sont les lois physiques expliquant ce que tu avances (c'est-à-dire, sur quelles propriétés de l'eau / de la chaleur pourrait-on appuyer l'hypothèse que la chaleur n'atteint jamais une certaine profondeur) ?

Je pense que le cours de M. Calve est effectivement très bien fait et te montrera pourquoi l'eau de mer chaude ne peut pas descendre, ce qui empêche effectivement la chaleur d'atteindre ces profondeurs.

L'observation des températures de l'océan le montre d'ailleurs beaucoup mieux que n'importe quelle démonstration.

Ce que je ne comprends pas, et l'objection est relevée par Sirius, c'est pourquoi le GIEC affirme des choses qui manifestement ne correspondent pas à la réalité sur ce sujet. M. Calve en saura peut-être plus, et je vais l'interroger.

Cela dit, je regrette d'avoir répondu un peu vivement à Meteor sur ses objections. Mais, j'avais l'impression, en le lisant, qu'il n'avait manifestement pas lu le texte du GIEC se rapportant au sujet (ce que je comprends tout à fait, je n'en ai lu moi-même que des bribes) et qu'il ignorait le mécanisme de répartition des températures et des densités dans l'océan (qui est, il est vrai, paradoxal, et demande une étude approfondie). Je n'aime pas trop, (je suis comme tout le monde) qu'on me fasse passer pour un idiot lorsque je sort un peu du B A BA de la physique, et que j'énonce des choses qui ne sont peut-être pas évidentes pour ceux qui les ignorent. Je passe en général plusieurs heures, et quelquefois plusieurs jours avant d'avancer une réflexion. J'aimerais bien que ceux qui me font une réponse en fassent autant, au lieu de se précipiter, et de systématiquement dériver vers des banalités sans intérêt. Un peu de respect mutuel sera, je pense, profitable pour tous.

D'ailleurs, regardons d'autres sites étrangers traitant de problèmes scientifiques. Il n'y a guère qu'en France qu'on en vient systématiquement à s'en prendre (directement, ou par le ton utilisé) aux rédacteurs des posts plus qu'à ce qu'ils écrivent. Ce n'est pas une belle preuve d'ouverture d'esprit...

[charles.muller]

(...)

D'ailleurs, regardons d'autres sites étrangers traitant de problèmes scientifiques. Il n'y a guère qu'en France qu'on en vient systématiquement à s'en prendre (directement, ou par le ton utilisé) aux rédacteurs des posts plus qu'à ce qu'ils écrivent. Ce n'est pas une belle preuve d'ouverture d'esprit...

Bien d'accord avec ces remarques évidemment.

Pour en revenir au sujet, je pense qu'il n'y a pas vraiment contradiction dans le texte du GIEC, tel que tu l'as reproduit. Si je lis bien, le GIEC ne dit pas que toute la chaleur de la couche mélangée supérieure va se diffuser vers le fond, simplement que la part de chaleur qui s'y diffuse a un effet plus important sur le volume à mesure que la densité croît. Ton idée d'un système à l'équilibre avec "travail minimum" n'empêche pas qu'il y ait tout de même une part de diffusion (empiriquement, Levitus le constate), due j'imagine aux mécanisme de circulation de la THC. Même si seulement 10% de la chaleur de la couche sup. part en profondeur, on peut s'attendre à un léger effet différé sur le volume, non ?

[sirius]

Je pense que vous trouverez pas mal de renseignements sur le site de Lecalve à l’université de Toulon

lecalve@univ-tln.fr

Il y a notamment une figure température /masse volumique que j’interprète de la façon suivante : pour une même augmentation de température, la diminution de masse volumique est plus importante pour les eaux chaudes que pour les eaux froides ;autrement dit, si l’on transfert de la chaleur de la surface au fond, l’océan se rétracte.

La capacité calorifique de l'eau de mer varie avec la température et la profondeur

Vous avez un calculateur qui vous permet d'obtenir ces données à

http://fermi.jhuapl.edu/denscalc.html

Si je l'utilise et que je compare

soit un apport de 3992 J qui permet d'augmenter la température de 1kg d'eau de mer à la surface de 15°C à 16°C

le volume augmente de 0.0008555 m3

le même apport de chaleur à 3000m sur de l'eau à 2°C la fait passer à 3,04 °C

le volume augmente alors de 0.001253 m3

Donc l'océan ne se rétracte pas mais , au contraire, gonfle.

L'autre objection de PE concerne la tendance des systèmes à choisir la position d'énergie potentielle la plus faible (attention, pas en valeur absolue: la plus faible en valeur algébrique). Il ne me semble pas que ça soit une loi mais le pb n'est peut être pas là.

L'océan est forcément en mouvement pour des tas de raisons: la terre tourne, ça entraîne des courants marins, des zones localisées d'ascendances et de subsidence.

Le mélange se fait de cette manière.

En bon chimiste, PE, tu oublies la dynamique des fluides. Le vent en surface provoque le brassage de la couche limite océanique par pompage d'Eckmann (en gros la viscosité entraîne une composante vers la droite du vent puis en profondeur vers la droite du courant et ceci provoque une sorte de spirale dont le rotationnel est non nul). Les alizés créent les courants équatoriaux qui eux mêmes provoquent les upwellings. La continuité exige donc que l'eau plonge .

Ces mouvements ont été démontrés par les mesures de tritium suite aux explosions nucléaires, ne l'oubliez pas.

L'océan est effectivement fortement stratifié mais les frontières ne sont pas hermétiques. Pour que cela cesse, il faudrait que la terre arrête de tourner: l'arrêt de la circulation thermohaline ralentirait considérablement le processus mais ne le bloquerait pas

[Pierre-Ernest]

Bien d'accord avec ces remarques évidemment.

Pour en revenir au sujet, je pense qu'il n'y a pas vraiment contradiction dans le texte du GIEC, tel que tu l'as reproduit. Si je lis bien, le GIEC ne dit pas que toute la chaleur de la couche mélangée supérieure va se diffuser vers le fond, simplement que la part de chaleur qui s'y diffuse a un effet plus important sur le volume à mesure que la densité croît. Ton idée d'un système à l'équilibre avec "travail minimum" n'empêche pas qu'il y ait tout de même une part de diffusion (empiriquement, Levitus le constate), due j'imagine aux mécanisme de circulation de la THC. Même si seulement 10% de la chaleur de la couche sup. part en profondeur, on peut s'attendre à un léger effet différé sur le volume, non ?

Eh bien je pense que non. Il ne peut pas y avoir d'effet différé qui serait contradictoire avec l'énergie minimum.A mon avis, lorsque l'eau de la surface apparait dans les couches inférieures, elle a perdu sa température plus haut (sinon, elle ne descendrait pas) et cela se fait donc sans changement global de volume.

[charles.muller]

(...)

L'océan est effectivement fortement stratifié mais les frontières ne sont pas hermétiques. Pour que cela cesse, il faudrait que la terre arrête de tourner: l'arrêt de la circulation thermohaline ralentirait considérablement le processus mais ne le bloquerait pas

Oui, à ce propos je signale comme plus bas dans la rubrique livre ce bon bouquin qui vient de paraître, pour ceux qui cherchent une intro :

Jacques Merle, Océan et climat, IRD Editions, 222 p., 32 euros.

On y comprend les bases (notamment Coriolis et les vents sur les courants marins) et l'histoire des découvertes (notamment l'étonnante mesure au tritium dont parle sirius, grâce aux essais de la bombe atomique).

Il reste (pour revenir au débat) que le mélange bien réel par la circulation océanique doit être assez faible à mesure que l'on descend, vu le froid (et la relative homogénéité) des très basses couches. Il est quand même à noter d'après le graphe des T potentielles reproduit plus bas qu'il existe malgré tout une différence de T selon les latitudes, même au-delà de 3000 ou 4000 m. En fait, existe-il des estimations paléoclimatiques sur l'évolution aux temps géologiques et/ou historiques des grands fonds ?

[miniTAX]

Je pense que le cours de M. Calve est effectivement très bien fait et te montrera pourquoi l'eau de mer chaude ne peut pas descendre, ce qui empêche effectivement la chaleur d'atteindre ces profondeurs.

Ca me rappelle une comparaison très parlante de M. Voituriez, océanographe:- l'atmosphère chaufffe par le bas: c'est une configuration INstable (forte convection)

- l'océan chauffe par le haut : c'est une configuration stable (pas de convection)

En gros, l'océan chauffé par les rayons solaires, c'est comme si on chauffe une casserole d'eau par le haut : pas de cellules de convection, pas de brassage => le fond de la casserole va mettre des lustres à chauffer, juste par conduction et un peu par radiation.

Tout ça pour dire qu'en dessous de la thermocline où il n'y a plus d'énergie solaire, la température d'équilibre de l'eau doit évoluer très très lentement (si mes souvenirs sont bon, la période du convoyeur océanique, c'est estimé à plusieurs milliers d'années). De plus le fait que la température d'eau des pôles règle la température au fond grâce à la circulation thermohaline OK, mais quid des endroits où il n'y a aucune circulation, notamment les fosses sous-marines ? Pourquoi à ces endroits, la température tourne autour de quelques degrés alors qu'il n'y a que du "forçage positif" (géothermie + eau chaude de surface) ? Remarquons qu'il n'y pas de profil de tempéture moyenne selon la profondeur: on peut avoir 1°C à certains endroit à 5°C à d'autres pour une même profondeur.

P.S: Jusqu'à 4°C, l'eau se CONTRACTE en chauffant. Pour calculer l'expansion thermostérique de l'océan, ça risque donc d'être pas simple dans la mesure où on est loin, très loin d'avoir une cartographique thermique 3D de l'océan. Même Morner, qui a passé sa vie à mesurer le niveau des océans est loin de conclure à une élévation régulière due à l'expansion thermique, alors méfions nous des conclusions rapides, surtout avec des observations de courte durée ou inhomogènes

]Article pour congrès Inqua, 2003

Both the glacial loading models and the ICPP scenarios are strongly contradicted by observational data for the last 100-150 years that cannot have exceeded a mean rate of 1.0-1.1 mm/year. In the last 300 years, sea level has been oscillation close to the present with peak rates in the period 1890-1930. Sea level fell between 1930 and 1950. The late 20th century lacks any sign of acceleration. Satellite altimetry indicates virtually no changes in the last decade.

[charles.muller]

Eh bien je pense que non. Il ne peut pas y avoir d'effet différé qui serait contradictoire avec l'énergie minimum.

A mon avis, lorsque l'eau de la surface apparait dans les couches inférieures, elle a perdu sa température plus haut (sinon, elle ne descendrait pas) et cela se fait donc sans changement global de volume.

Oui mais que le tapis roulant chaud (superficiel) avance à grande vitesse, tu dois quand même avoir de la diffusion moléculaire / turbulente vers le fond, non ?

[Pierre-Ernest]

La capacité calorifique de l'eau de mer varie avec la température et la profondeur

Vous avez un calculateur qui vous permet d'obtenir ces données à

http://fermi.jhuapl.edu/denscalc.html

Si je l'utilise et que je compare

soit un apport de 3992 J qui permet d'augmenter la température de 1kg d'eau de mer à la surface de 15°C à 16°C

le volume augmente de 0.0008555 m3

le même apport de chaleur à 3000m sur de l'eau à 2°C la fait passer à 3,04 °C

le volume augmente alors de 0.001253 m3

Donc l'océan ne se rétracte pas mais , au contraire, gonfle.

L'autre objection de PE concerne la tendance des systèmes à choisir la position d'énergie potentielle la plus faible (attention, pas en valeur absolue: la plus faible en valeur algébrique). Il ne me semble pas que ça soit une loi mais le pb n'est peut être pas là.

L'océan est forcément en mouvement pour des tas de raisons: la terre tourne, ça entraîne des courants marins, des zones localisées d'ascendances et de subsidence.

Le mélange se fait de cette manière.

En bon chimiste, PE, tu oublies la dynamique des fluides. Le vent en surface provoque le brassage de la couche limite océanique par pompage d'Eckmann (en gros la viscosité entraîne une composante vers la droite du vent puis en profondeur vers la droite du courant et ceci provoque une sorte de spirale dont le rotationnel est non nul). Les alizés créent les courants équatoriaux qui eux mêmes provoquent les upwellings. La continuité exige donc que l'eau plonge .

Ces mouvements ont été démontrés par les mesures de tritium suite aux explosions nucléaires, ne l'oubliez pas.

L'océan est effectivement fortement stratifié mais les frontières ne sont pas hermétiques. Pour que cela cesse, il faudrait que la terre arrête de tourner: l'arrêt de la circulation thermohaline ralentirait considérablement le processus mais ne le bloquerait pas

Tout à fait d'accord avec le mouvement de l'eau. Mais, la relation densité/température fait que l'eau doit abandonner son énergie thermique pour la descente, et qu'elle ne peut pas atteindre les différente couches à une température différente de la température ambiante. Donc, elle ne réchauffera pas les couches inférieures. Même chose pour la remontée. En d'autres termes, le profil des températures restera ce qu'il est.

[Invité]

Tout à fait d'accord avec le mouvement de l'eau. Mais, la relation densité/température fait que l'eau doit abandonner son énergie thermique pour la descente, et qu'elle ne peut pas atteindre les différente couches à une température différente de la température ambiante. Donc, elle ne réchauffera pas les couches inférieures. Même chose pour la remontée. En d'autres termes, le profil des températures restera ce qu'il est.

Ce que tu dis est valable dans un système livré à lui-même.

Ce n'est pas le cas.

Comme sirius te le dit et comme moi-même d'ailleurs, bien que chimiste, il y a un brassage forcé au niveau de la couche délimitée par la thermocline.

Cette couche fait tout de même jusqu'à 800 m de profondeur à l'équateur.

Ce brassage forcé est tout à fait capable de faire aller de l'eau chaude en profondeur.

Pour les grandes profondeurs par contre il ne semble pas que ce soit possible.

Seule la THC peut atteindre ces profondeurs.

C'est d'ailleurs bien là le problème car en cas de réchauffage trop important de l'eau, au moment de la plongée, cette eau ne s'enfoncera plus autant sauf si sa salinité le lui permet.

Mais si cette salinité est suffisante l'eau de la THC peut finir par réchauffer très progressivement les couches profondes.

[the fritz]

Réponse au message#18 de Sirius

Je conçois bien que la même quantité de chaleur fasse augmenter la température d'une quantité équivalente d'eau davantage si celle-ci est à 2°C que si elle est à 15°C .; je me suis amusé avec le simulateur de densité dont vous m'avez donné les coordonnées ( merci beaucoup pour la référence), mais je n'arrive pas aux mêmes conclusions que vous; même en tenant compte du fait que 3992 joules provoquent une élévation de température plus importantes pour l'eau à 2°C que pour leau à 15°C, la différence de masse volumique est plus importante pour l'eau qui passe de 15°C à 16°C que pour celle qui passe de 2°C à 3.04°C

Est ce que quelqu'un d'autre a fait joujou avec la machine?