L’océan est une énigme dynamique. Les humains se sont efforcés de comprendre ses nombreux comportements depuis que le premier engin océanique a heurté ses eaux complexes.
Un phénomène qui a déconcerté les chercheurs pendant des années est la façon dont les tourbillons de courants circulaires de plusieurs kilomètres de large, connus sous le nom d’anneaux océaniques ou de tourbillons, restent intacts. Les anneaux océaniques sont d’une importance cruciale pour le transport de la chaleur et des nutriments dans l’océan et peuvent durer de quelques mois à plusieurs années.
Comme détaillé dans la dernière édition de la revue Lettres de recherche géophysiqueil semble que Larry Gulliver, étudiant au doctorat au Département d’océanographie de la Naval Postgraduate School (NPS), et le professeur Timour Radko aient découvert exactement ce qui fait que certains anneaux océaniques durent jusqu’à une décennie tandis que d’autres se dissipent en quelques mois : la topographie du fond marin.
Cette nouvelle compréhension de l’impact du plancher océanique sur les courants de surface améliorera les modèles numériques complexes utilisés par la communauté de la météorologie et de l’océanographie de la Marine (METOC) pour fournir des informations essentielles aux commandants opérationnels.
« Nous devons éliminer les biais systématiques des modèles numériques, et certains d’entre eux sont liés à la façon dont les modèles gèrent la topographie du fond à petite échelle », explique Radko.
Les tourbillons peuvent créer leurs propres conditions météorologiques et vagues, et ils peuvent avoir un impact sur l’acoustique, entre autres. La recherche était suffisamment importante pour faire la couverture du journal (volume 49, numéro 5) avec une image informatique du modèle créé par Gulliver comme visuel principal.
« C’est comme faire la couverture de Rolling Stone… Tu es une rock star », plaisante Radko. « [Gulliver did it] à son premier essai. C’est son premier article en tant qu’auteur principal. »
Radko et Gulliver appellent leur découverte « l’effet papier de verre » – un surnom qui s’associe aux petites particules abrasives de papier de verre qui peuvent broyer des objets beaucoup plus gros. De la même manière, la texture à petite échelle du fond marin ralentit les courants près du fond de l’océan, ce qui améliore la stabilité et la longévité des anneaux océaniques près de la surface.
Les scientifiques essaient de comprendre ce qui rend les grands tourbillons stables et durables depuis environ 50 ans, mais personne n’a pensé à regarder la topographie à petite échelle du fond de l’océan car elle semblait trop éloignée pour avoir un impact sur ces anneaux océaniques. Habituellement, la rugosité topographique n’est même pas prise en compte par les théoriciens lorsqu’ils examinent l’activité des eaux de surface.
« Maintenant, j’ai des doutes [about current models] », admet Radko. « Si cette topographie à petite échelle affecte ce vortex, elle peut affecter les courants, les vagues, etc. Je deviens sceptique sur tout ce qui suppose que le fond est lisse. »
Sans tenir compte de la topographie à petite échelle, la physique suggère que les anneaux océaniques devraient se dissiper en quelques semaines. Cela a été testé par de vieux articles qui ne tenaient pas compte de la rugosité du fond dans leurs modèles. Les chercheurs du NPS ont réalisé que la clé du « modèle parfait » est de rendre la topographie aussi réaliste que possible. Ils ont adopté la représentation statistique de la rugosité du fond fournie par les systèmes d’échosondeurs réels. Les océanographes ne seront peut-être pas en mesure de mesurer de sitôt chaque détail du relief du fond dans tout l’océan, mais ils ont une assez bonne compréhension de ses propriétés statistiques. Le modèle de rugosité du fond dans l’étude de Gulliver et Radko représente mathématiquement à quoi ressemble un fond marin moyen.
« Nous avons emprunté ceci, emprunté cela, emprunté l’autre idée, l’avons assemblée et ça a marché! » dit Gulliver. Lui et Radko rient encore en se souvenant de leur surprise. « Ça a été assez rapide, [but] J’ai dû faire quelques simulations supplémentaires pour m’en assurer. »
Les chercheurs peuvent décrire leur découverte importante comme rapide et facile, même si c’était tout sauf cela. Quatre années de recherche intense, des collaborations avec cinq autres institutions, des questions de recherche et des techniques de modélisation variées… Au final, le duo a validé son travail à travers d’autres modèles, confirmant que la topographie à petite échelle était bien la pièce manquante pour débloquer la longévité des tourbillons. Leur découverte fournit aux chercheurs et aux officiers du METOC de la Marine une pièce de plus au puzzle complexe de la compréhension du fonctionnement de l’océan.
Pour l’avenir, Gulliver est sur la bonne voie pour terminer son doctorat en décembre, et Radko prévoit de travailler avec le Naval Research Laboratory (NRL) pour examiner comment le modèle hybride de coordonnées océaniques (HYCOM) de la Marine représente les tourbillons. Il espère que leurs recherches contribueront à améliorer la précision du modèle.
Comme le dit Radko, « Allons au fond des choses. »
LT Gulliver et al, Stabilisation topographique des anneaux océaniques, Lettres de recherche géophysique (2022). DOI : 10.1029/2021GL097686
Fourni par l’École supérieure navale