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Une découverte majeure sur l'origine d'immenses vagues sous-marines

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Une équipe de l'Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), de l'Institut Maurice-Lamontagne (IML) et du regroupement Québec-Océan vient de publier dans la prestigieuse revue scientifique Nature Communications une découverte majeure sur l'origine de vagues sous-marines.

À partir d'une série d'échographies d'un secteur du fjord du Saguenay, effectuées de façon comparable aux échographies pratiquées en médecine, mais avec de plus gros appareils embarqués à bord de bateaux de recherche, l'équipe a assisté en direct à la naissance d'immenses vagues sous-marines d'une dizaine de mètres de hauteur accompagnés de fortes turbulences et remous. Après l'analyse des données et de simulations informatiques, ils ont découvert que ces vagues sous-marines ont été générées par la collision de deux courants marins ayant des températures et salinités différentes. Or, bien que de telles collisions de courants soient fréquentes dans l'océan, il n'était pas encore connu que cela pouvait créer d'immenses vagues sous-marines. Ce nouveau mécanisme détecté représente donc possiblement une importante source de vagues sous-marines dans l'océan, mais peut-être aussi dans les lacs et dans l'atmosphère où de telles vagues existent également.

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En effet, les vagues et les déferlantes n'existent pas qu'à la surface des océans. Bien que ce soit contre-intuitif, l'océan est aussi rempli de vagues sous-marines. Ces vagues sous-marines ne sont pas banales. On peut les retrouver à toutes les profondeurs, des premiers mètres sous la surface jusqu'aux confins abyssaux. Elles sont aussi beaucoup plus grandes que les vagues de surface, pouvant atteindre des dizaines, voire des centaines de mètres de hauteur, selon les endroits et les conditions océanographiques. Ces vagues sous-marines peuvent aussi déferler à l'intérieur de l'océan de façon similaire aux déferlements de vagues sur les plages. Lorsqu'un tel déferlement de vagues sous-marines arrive, cela génère beaucoup de turbulence qui contribue à mélanger les propriétés de l'océan telles que la température, la salinité, les éléments nutritifs, les polluants, etc. En absence de turbulence, ces propriétés tendent à s'organiser en couches distinctes. Par exemple, les eaux froides et très salées se retrouvent généralement sous les eaux chaudes et moins salées, mais le mélange créé par le déferlement de vagues sous-marines peut grandement modifier cette structure et ainsi, ultimement, affecter le climat de l'océan.

Certaines vagues sous-marines ont des comportements très particuliers, car elles peuvent se propager non pas qu'à l'horizontale, comme les vagues de surface, mais aussi à la verticale. Une vague sous-marine générée, disons, près de la surface peut ainsi se propager obliquement vers le bas. Une telle vague peut alors atteindre et rebondir sur le fond océanique, des milliers de mètres en profondeur, pour ensuite se propager obliquement vers le haut, puis rebondir à la surface de l'océan et se propager à nouveau vers le bas, et ainsi de suite. Ce type de vagues sous-marines peuvent se propager ainsi sur des dizaines voire des centaines de kilomètres avant de perdre leur énergie, possiblement en déferlant sur des obstacles topographiques tels une pente continentale ou les flancs d'une île.

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Bien qu'encore méconnues et difficilement détectables, les observations recueillies jusqu'à ce jour par la communauté océanographique suggèrent que ces vagues sous-marines sont omniprésentes et joueraient un rôle fondamental pour le fonctionnement de l'océan, de l'écosystème marin et du climat. Cependant, la physique de ces vagues sous-marines est encore mal comprise et constitue un sujet chaud de la recherche en océanographie physique. Alors que le vent est essentiellement l'unique cause de formation des vagues de surface, les physiciens ne comprennent pas encore bien comment se forment les vagues sous-marines. Plusieurs mécanismes théoriques ou produits en laboratoire ont été suggérés pour expliquer leur génération, mais peu de ces mécanismes ont jusqu'à ce jour été réellement observés en mer. Or, le propre de la Science est de confronter théories et modèles aux observations des phénomènes naturels. Cette découverte présente un cas rare observé en mer de la génération de vagues sous-marines tout en ayant élucidé le mécanisme de génération par la collision de courants marins.

Référence et accès libre à l'article en question: Bourgault D, Galbraith P S et Chavanne C 2016 Generation of internal solitary waves by frontally forced intrusions in geophysical flows Nature Communications, 10.1038/NCOMMS13606

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