Cette carte à partir de données satellitaires par le doctorant Shikhar Rai montre, en bleu, zones des océans où la « destruction par les remous » entraîne une perte nette d'énergie cinétique. Les zones en noir représentent les masses terrestres et les régions océaniques avec une couverture de glace saisonnière ou permanente. Crédit :Hussein Aluié
Courants océaniques, propulsé par l'énergie cinétique du vent, sont les grands modérateurs de notre climat. En transférant la chaleur de l'équateur vers les régions polaires, ils contribuent à rendre notre planète habitable.
Et encore, les modèles à grande échelle utilisés par les scientifiques pour étudier ce système complexe ne parviennent pas à rendre compte avec précision de l'impact du vent sur les composants les plus énergétiques de l'océan :tourbillon, tourbillons à moyenne échelle. Ces courants d'eau circulaires d'une taille de 50 à 500 kilomètres sont essentiels pour déterminer la trajectoire de courants océaniques plus importants comme le Gulf Stream.
Dans un journal en Avancées scientifiques , des chercheurs de l'Université de Rochester et du Laboratoire national de Los Alamos documentent pour la première fois comment le vent, qui propulse des courants plus importants, a l'effet inverse sur les tourbillons de moins de 260 kilomètres, ce qui entraîne un phénomène appelé « tuer les tourbillons ».
Ils fournissent également la première mesure directe de l'impact global de cette tuerie :une perte continue de 50 gigawatts d'énergie cinétique, soit l'équivalent de la détonation d'une bombe nucléaire d'Hiroshima toutes les 20 minutes, toute l'année.
Meilleure analyse grâce aux observations satellitaires
"Pour la première fois, nous sommes en mesure de démêler la destruction des tourbillons par des mesures directes à partir d'observations satellitaires, avec des hypothèses minimales, " dit l'auteur correspondant Hussein Aluie, professeur agrégé de génie mécanique à Rochester.
L'équipe, qui comprend également Shikhar Rai, un doctorat étudiant dans le groupe Turbulences et écoulements complexes d'Aluie, et les scientifiques du Laboratoire national de Los Alamos, Matthew Hecht et Matthew Maltrud, ont appliqué une approche à grain grossier à l'imagerie satellitaire. Cela leur a permis de séparer le complexe, structures multi-échelles de courants océaniques et de tourbillons imbriqués les uns dans les autres.
Cette méthode fournit une analyse spatiale plus détaillée que celles utilisées par la plupart des océanographes, qui se concentrent sur les fluctuations temporelles, dit Alie. Ces méthodes ne tiennent pas compte de l'impact de la destruction par tourbillons ou fournissent des estimations très variables. "Les chiffres ont été partout, " dit Aluie.
Aluie a félicité Rai, un doctorat de cinquième année. étudiant, pour avoir fait "tout le gros du travail" pour le papier. "Il y avait beaucoup de problèmes techniques, mais il a persévéré et a pu les comprendre, " dit Aluie. " Il a beaucoup de promesses et de talent. "
Les tourbillons sont des courants d'eau circulaires (représentés ici sous forme de motifs tourbillonnants vert et bleu clair de proliférations de phytoplancton) qui jouent un rôle important dans la détermination des courants océaniques, flux de chaleur, concentration en sel, et la remontée de nutriments et d'organismes. Crédit :NASA/Goddard Space Flight Center Ocean Color
Une nouvelle méthode pourrait inverser la tendance pour les études des courants océaniques
Les scientifiques connaissent l'extermination des tourbillons depuis la fin des années 1980 à partir de modèles idéalisés, dit Alie.
Le concept de base est assez simple à visualiser. Un tourbillon est comme un cercle tournant dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse. Tout vent qui souffle sur le tourbillon, cependant, se déplacera dans une seule direction, "aider" la moitié du cercle à se déplacer au moins en partie dans le même sens, tout en gênant l'autre moitié.
Imaginez que vous conduisez un vélo à côté d'une voiture allant dans la même direction, un peu comme le vent qui souffle sur la partie du tourbillon se déplaçant dans la même direction. La différence de vitesse est proportionnellement beaucoup moins que ce qui se produit lorsque vous passez devant une voiture se déplaçant dans la direction opposée, un peu comme le vent poussant contre l'autre côté du tourbillon. Cette différence de vitesse proportionnelle explique l'effet "destructeur" net sur le tourbillon, résultant en l'extraction de l'énergie par le vent.
"D'un côté le vent fait bouger l'océan, et pourtant il en tue la partie la plus énergique. Donc, c'est contre-intuitif et quelque chose qui n'avait pas été directement mesuré auparavant parce que les gens utilisaient les mauvais outils, " dit Aluie.
Un meilleur outil est important car de nombreuses questions demeurent sur d'autres facteurs qui peuvent influencer la destruction par les tourbillons, et sur l'importance des tourbillons dans d'autres aspects des courants océaniques, flux de chaleur, concentration en sel, et remontée de nutriments et d'organismes marins, il dit.
La méthode démontrée dans cet article sera, espérons-le, adaptée par les océanographes pour "démêler" également ces mystères, dit Alie.
