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Dissémination des CFCs par les courants profonds

Depuis le milieu des années 80, un nouveau type de traceurs est mesuré intensivement dans l'océan : ce sont les chlorofluorocarbures (CFCs ou fréons). En plus d'être conservatifs dans l'eau de mer, ces traceurs ont l'avantage de pouvoir être mesurés directement à bord par chromatographie en phase gazeuse à une fréquence élevée et d'avoir des flux de l'atmosphère vers l'océan assez simples, étant donné que ce sont des gaz inertes. Ils sont en outre entièrement anthropiques, ils n'existent pas à l'état naturel.

 

 

 

Mise à jour : 14/08/2001
Rédigé par Laurent Mémery, CNRS - LODYC

Étant donné qu'ils ont commencé à être injectés d'une manière significative à partir des années 30-40, une eau sans CFCs est donc une eau dont l'âge apparent est supérieure à 60 ans environ. Leurs mesures demandent par contre des précautions drastiques à bord, car les navires océanographiques, avec leurs propres systèmes de réfrigération et de climatisation, sont fortement pollués. D'une manière routinière, deux fréons sont mesurés: le CFC-11 (CC13F) et CFC-12 (CC12F2). Le rapport des teneurs atmosphériques entre ces deux traceurs varie en fonction du temps. Ceci est lié à une utilisation différentes des deux types de CFCs depuis 1930. Cela permet d'associer à chaque couple de mesures, et donc à chaque rapport, la date du début du cheminement dans l'océan profond de la masse d'eau associée, et donc son âge.

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Ceci dit, ce concept d'âge est à prendre avec de grandes précautions. En effet, si deux masses d'eau se mélangent, et si elles sont toutes les deux chargées en CFCs, comme le rapport est non linéaire et qu'il varie avec le temps, le rapport de la masse d'eau issue de ce mélange ne sera pas représentatif de l'âge des masses d'eau initial, mais sera biaisé. Par contre, l'avantage de ce concept provient du fait que si une des deux masses d'eau est dépourvue de CFCs, l'âge de la nouvelle masse d'eau est le même que celui de la masse d'eau chargée en CFCs. Ces problèmes de mélange entraînent cependant que les âges obtenus par le rapport des CFCs sont généralement très sur estimés par rapport à un âge théorique réel que l'on peut assimiler en première approximation à l'âge d'advection. Les vitesses d'advection estimées sont alors très fortement sous estimées par rapport à des mesures effectuées avec des courantomètres dans les noyaux de courants. (activité 2)

A partir de 1975, ce rapport est devenu constant. Le protocole de Montréal, visant à lutter contre l'augmentation du trou d'ozone, a en effet modifié radicalement l'injection des fréons dans l'atmosphère. Par suite, ce couple de traceurs ne permet pas de mesurer l'âge d'une eau ayant quitté la surface après 1975. Pour palier ce problème, la mesure de nouveaux CFCs, dont les rapports ont gardé une certaine monotonie, a été développée ces dernières années. (F113, CCl4 = chloroforme) : on a tendance maintenant, lorsque l'on sait faire les mesures, à utiliser le rapport F113/F11 pour estimer les âges plus jeunes .

La figure 2 montre la distribution latitude-profondeur de CFC-11 mesurée dans l'Atlantique Sud, le long du continent américain, lors d'une campagne du programme WOCE en 1994 (fig. 1).

 

 

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Figure1

 

 

Dans un océan avec une circulation peu intense, dans lequel seuls les mélanges verticaux seraient actifs, la structure spatiale en CFCs, traceurs injectés à partir de la surface, devrait montrer une décroissance monotone vers le fond de l'océan. La figure 2 met clairement en défaut cette vision simpliste de la circulation de l'océan.

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Figure 2

En effet, dans la partie nord, on peut voir deux noyaux enrichis à 1700 et 4000m environ, et le fond de l'océan est d'autre part tapissé d'un autre noyau provenant de l'Antarctique et disparaissant entre 10°S et l'équateur. Ces noyaux sont les signatures de masses d'eau profondes, relativement jeunes, car polluées par les fréons., intercalées dans une eau profonde globalement non marquée (zone en blanc sur la figure 2), d'origine circumpolaire. Ainsi, on retrouve à 1700 m une masse d'eau provenant de la Mer du Labrador, formée en hiver par convection profonde. De même, la masse d'eau à 4000 m, plus dense, est formée dans l'hémisphère nord, plus précisément dans la mer du Groenland. Enfin le signal du fond a pour origine la masse d'eau la plus dense et la plus froide de l'océan mondial , formée dans la Mer de Weddell.

(activité 2)

Une fois formées et après avoir acquis leurs caractéristiques initiales en traceurs, ces masses d'eau ont tendance à s'écouler le long des isopycnes en suivant les bords ouest de la topographie de l'océan. Ceci est un effet de la variation de la force de Coriolis liée à la rotation de la terre. Ainsi, les Eaux Profondes Nord Atlantique vont vers l'équateur et vers l'Océan Austral en étant collées le long du talus continental du continent américain. La signature de ces eaux a tendance à disparaître entre l'équateur et 10°S : le signal en CFC-11 n'est pas encore arrivé plus au sud. Cependant, pour l'eau profonde supérieure, il existe des veines de faible intensité (vers Il°S et 23°S à 2000 m) présentes le long de la section : elles résultent de fuites vers l'intérieur de l'océan et l'Est provenant de ces courants de bord ouest profond, collés à la côte (fig. 3).

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Figure 3
Représentation schématique de la circulation profonde à 4000m.

 

L'eau Antarctique de Fond est transportée suivant les mêmes principes, mais elle se dirige vers le nord, et son déplacement est plus fortement contraint par les passages à travers les rides océaniques. 

 

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