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Cours - Océanographie Physique

Océanographie Physique
UNIVERSITE DE LIEGE
Faculté des Sciences
François Ronday et Jean-Marie Beckers .

L’océan couvre une grande partie de notre planète surtout dans l’hémisphère Sud (figure 
1.1). L’océan dont la profondeur moyenne est de l’ordre de 3800 m (figure 1.3) est entouré 
par des plateaux continentaux (figure 1.2) qui, à certains endroits, peuvent être très vastes et 
former de véritables mers dites continentales comme la mer du Nord. Par convention, la limite 
du plateau continental est située près de la cassure à une profondeur de 200 m.
Les plateaux continentaux ne couvrent que 8% des espaces océaniques (figure 1.4) alors que 
les mers elles-mêmes couvrent 71% de la surface de la planète.
Notons que lors de l’étude du système marin, on distingue souvent les mers fermées (typiquement 
la Méditerranée ou la Mer Noire) qui n’ont qu’un échange restreint avec le reste de 
l’océan, les mers semi-fermées (Golfe du Mexique) ou un même courant pénètre et ressort, les 
mers tropicales des mers arctiques etc ...sachant que cette caractérisation permet souvent de 
cerner le fonctionnement de la mer en comparaison avec d’autres mers du même type.
Nous nous intéresserons à la dynamique des masses d’eau qui résulte de l’action du vent, 
des marées (lunaires et solaires), des anomalies de la masse volumique de l’eau et de la pente
de la surface. Dans la suite, seront décrites les caractéristiques physiques de l’eau de mer et les 
propriétés de la glace marine et ses mécanismes de formation.
On peut noter que l’océanographie physique est encore une relativement jeune branche de 
la science. En effet, en dehors de la théorie mathématique des marées de Laplace en 1775,
l’océanographie physique était essentiellement descriptive et basée sur des observations faites 
lors des grandes expéditions du 15-16 ième siècle et l’ouverture des routes marchandes. Ces observations 
concernaient évidemment surtout les courants de surface et c’est seulement en 1751 
que Henri Ellis a effectué des sondages dans les tropiques indiquant l’existence d’eaux froides 
en profondeur sans toutefois pouvoir expliquer leur origine (le mécanisme de refroidissement 
et de descentes aux pˆoles suivi de réchauffements et remontées à l’équateur fut proposé en 
1800 par Rumford). Une étude systématique comme dans d’autres domaines de la science 
s’avérait nécessaire et l’expédition du Discovery (1872-1876) fut probablement l’initiateur de 
cette approche en océanographie. Les résultats de cette expédition ont été combinés avec 
les théories hydrodynamiques du 19ième siècle pour donner lieu à une première étude dynamique 
des océans. Ces théories ont ensuite été adaptées et particularisées pour les processus 
océaniques avant que l’avènement d’ordinateurs permette dans les années 60 d’élaborer des 
modèles numériques de circulation.



SOMMAIRE

Chapitre 1 - Description locale des océans

1.1 Système étudié, localisation
1.2 Propriétés physiques locales de l’eau de mer
1.3 Propriétés de la glace marine

CHAPITRE II - VARIABILITE DES PRINCIPALES VARIABLES MELANGE et STABILITE DES MASSES D’EAU

II.1 Introduction
II.2 Variabilité spatiale et temporelle de la température
II.3 Variabilité spatiale de la salinité
II.4 Variabilité spatiale de la vitesse du son.
II.5 Glace marine
II.6 Equilibre quasi-hydrostatique
II.7 Stabilité d’une particule d’eau
II.8 Relation température-salinité – Diagramme T-S

CHAPITRE III - MODELISATION DE L’ENVIRONNEMENT MARIN EQUATIONS GENERALES DE L’HYDRODYNAMIQUE

III.1 Introduction
III.2 Modèle mathématique pour le système marin
III.3 Equation de la conservation de la masse totale
III.4 Equation d’évolution de la concentration d’un constituant
III.5 Equation d’évolution de la vitesse
III.6 Equation d’évolution de la température
III.8 Introduction à la turbulence

CHAPITRE IV - DYNAMIQUE DES COURANTS OCEANIQUES Partim 1 : courants « sans frottement

IV.1 Introduction
IV.2 Analyse des ordres de grandeur des termes de l’équation de mouvement.
IV.3 Equation de conservation de la masse.
IV.4 Composante verticale de l’équation de mouvement
IV.5 Composantes horizontales de l’équation de mouvement
IV.6 Relation entre de cisaillement vertical du courant géostrophique et les distributions horizontales de température et de salinité.
IV.7 Exercice: Relation entre le courant géostrophique et la distribution verticale de la pression.
IV.8 Géopotentiel et profondeur dynamique.
IV.9 Exercice : Méthode dynamique pour le calcul des courants géostrophiques
IV.10 Exercice : Océan à deux couches

CHAPITRE V - DYNAMIQUE DES COURANTS OCEANIQUES Partim 2 : courants « avec frottement »

V.1 Introduction
V.2 Turbulence et viscosité turbulente.
V.3 Influence du frottement dans la dynamique des courants : Courants d’Ekman.
V.4 Courant de pente.
V.5 Système élémentaire de courants.
V.6 Influence du temps surles courants d’Ekman – Oscillations d’inertie.
V.7 Remontée d’eau (upwelling).
V.8 Introduction à la circulation générale océanique.

CHAPITRE VI - INTRODUCTION A LA DYNAMIQUE DES ONDES de SURFACE

VI.1 Introduction
VI.2 Caractérisations des ondes
VI.3 Vitesse de phase et vitesse de groupe.
VI.4 Estimation des divers ordres de grandeurdes ondes de surface de gravité
VI.5 Dynamique de la houle.
VI.6 Ondes stationnaires.
VI.7 Energie dans une onde sinusoïdale
VI.8 Déformation de la houle dans les régions côtières
VI.9 Mécanismes de génération des vagues parle vent.
VI.10 Propriétés statistiques des vagues
VI.11 Ondes internes

CHAPITRE VII - FORCE ASTRONOMIQUE DE MAREEANALYSE ET PREVISION DES MAREES

Marées - Tempêtes
VII.1 Introduction
VII.2 Caractérisation de la marée
VII.3 Lignes cotidales et lignes d'égale amplitude
VII.4 Force de marée
VII.5 Potentiel de marée
VII.6 Equations de la dynamique pourles marées
VII.7 Historique de l’analyse et des prévisions des marées
VII.8 Méthodes empiriques de prévision des marées
VII.9 Méthode harmonique d'analyse du potentiel de marée
VII.10 Analyse harmonique de la marée selon Doodson
VII.11 Analyse du signal de marée dans les mers littorales
VII.12 Utilisation des tables de marée
VII.13 Le problème de la prévision des tempêtes:une première approche


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Ditulis oleh: younes younes - dimanche 30 décembre 2012

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