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L'origine des courants marins : mythes, hypothèses et controverses scientifiques

L’observation que l’eau de la mer peut se déplacer est très ancienne, mais l’identification et surtout l'origine de ces mouvements ont fait l'objet d'intenses débats jusqu'à la fin du 19° siècle.

La distinction entre courants océaniques (réguliers et de grande ampleur) et courants de marée (alternatifs et locaux) a été d'autant moins évidente que, si les marées pouvaient être facilement observées depuis la terre, les courants au large étaient d’observation beaucoup plus difficile sans repères à terre et sans moyens de positionnement précis. Il fallut attendre le 17° siècle pour que l'unanimité se fasse sur cette distinction.

La Terre et sa rotation

Les premières élaborations théoriques sur les courants océaniques semblent être liées à l'observation, faite par la plupart des explorateurs maritimes de la Renaissance, que les courants des mers chaudes portaient vers l’ouest, et ce dans tous les océans. Au 16° siècle et au début du 17°, la théorie reposait sur l'idée d'un mouvement perpétuel de la mer de l'est vers l'ouest. Les thèses qui s'affrontaient pour expliquer cette situation reflétaient le poids des conceptions héritées de l'Antiquité à travers le Moyen-âge, et des différentes visions de l'Univers.

Plusieurs auteurs de la Renaissance reprenaient la théorie de Platon, selon laquelle le centre de la Terre contient un grand réservoir d'où provient l’eau des rivières et des mers, et relié à la surface par un réseau de tunnels. Ceux-ci permettaient notamment d'expliquer la généralité du mouvement est-ouest des océans malgré l'existence des barrières continentales. Une autre conception, héritée d'Aristote, mettait la Terre immobile au centre de l'Univers et entourée de sphères célestes ainsi que de sphères fluides (l'air et l'eau) en rotation sous l'effet d'une force motrice, le primum mobile ; ainsi s'expliquait la circulation générale.

Mais le fait que cette circulation se produise de l’est vers l’ouest ne laissa pas indifférents les philosophes et les géographes, qui rapprochèrent cela des mouvements relatifs observés en astronomie entre la Terre, la Lune et le Soleil. A une époque où la confusion entre marées et courants était encore courante, l'effet de la Lune fut parfois invoqué. Pour A. Kircher (1665) et G. Fournier (1643), le Soleil en était la cause : en se déplaçant vers l'ouest et, au fur et à mesure de sa course au-dessus de l'océan, il provoquait l'évaporation de l'eau dont le remplacement créait le courant portant à l'ouest.

En tant que catholiques, ces deux auteurs plaçaient la Terre au centre de l'Univers, mais la conception héliocentrique de Copernic (1543) se répandait en donnant naissance à une nouvelle théorie de la circulation océanique, défendue notamment par Galilée et Kepler. Selon elle, l'eau s'accumulait à l'ouest des océans parce que l'inertie des masses fluides (dont la mer) ne leur permettait pas de suivre le mouvement de rotation de la Terre vers l'est. Bien qu'elle soit fausse, cette théorie est remarquable parce que ce fut la première à prendre en compte le fait que le Terre est en rotation autour d'un axe pour expliquer des déplacements de masses d’eau.

Les vents et les courants

A la fin du 17° siècle, l'idée que les vents pouvaient avoir sur la mer un effet plus général que les vagues déjà avait été émise plusieurs fois par des précurseurs comme W. Bourne, A. Kircher ou B. Varenius, mais sans que cela eût de suite. En particulier, personne n'avait eu l'idée de faire le lien entre les circulations atmosphérique et océanique tropicales (alizés et courants équatoriaux) qui étaient pourtant bien connues de tous les navigateurs. Le premier à suggérer explicitement ce lien ne fut pas un philosophe ou un savant mais, en 1699, un flibustier-écrivain anglais, W. Dampier, qui n’avait aucune ambition théorique et se fondait sur ses seules observations personnelles de navigateur. L'action des vents sur les courants ne fut ensuite plus mise en doute, mais la question de savoir s'ils en étaient la seule cause resta encore longtemps débattue.

La densité de l'eau de mer

En effet, les interrogations soulevées au cours du 18° siècle par les propriétés de l’eau de mer dans certaines régions océaniques allaient indirectement conduire à la formulation d’hypothèses sur le rôle de sa densité sur les courants. Dans les mers froides, la formation de glace et les températures très basses de la mer étaient rapprochées d’expériences faites à terre sur les propriétés des liquides. Dans le détroit de Gibraltar, il fallait expliquer comment un courant de surface pouvait entrer en permanence vers la Méditerranée, mer que l’on savait depuis longtemps fermée : certaines observations semblaient suggérer l’existence d’un courant profond et de sens contraire, mais elle n’était pas démontrée et rien ne permettait de l’expliquer. C’est ainsi que l’attention fut peu à peu attirée sur les propriétés de l’eau de mer : température (que l’on mesurait depuis les années 1660), salinité et densité (appelée alors "gravité spécifique"). Depuis cette même époque, plusieurs auteurs s’étaient intéressés à la dépendance de la densité vis-à-vis de la salinité et de la température, jusqu’à ce que, en 1772, Lavoisier mît au point des tables pour corriger l’effet de la température. Connaissant le comportement de liquides de densité différente dans des conditions expérimentales, et disposant de mesures de plus en plus nombreuses (mais pas toujours très fiables) de ce paramètre, on commença à accepter l’idée qu’une différence de densité pouvait provoquer un déplacement horizontal ou vertical de l’eau de mer.

La voie était désormais ouverte vers une interprétation de la circulation océanique liée non seulement aux vents mais aussi aux propriétés physiques de l’eau de mer. Cependant cette vision des choses ne fut pas acceptée sans difficultés. De 1787 à 1814, plusieurs versions en ont été émises à l’échelle de bassins océaniques, mais la valeur des savants (dont Humboldt) qui défendirent cette hypothèse ne suffit pas à emporter l’adhésion générale. Il fallut attendre près d’un siècle, l’amélioration des thermomètres utilisés pour les eaux profondes, et une farouche controverse dans les revues scientifiques (dont Nature, qui venait juste d'être créée) de 1870 à 1872, pour que la question du contre-courant de Gibraltar soit définitivement résolue, et avec elle la généralisation à l’ensemble de l’océan du principe connu depuis sous le nom de « circulation thermohaline » (c'est-à-dire régie par les différences de température et de salinité).

Le vingtième siècle n’apporta pas d’amélioration substantielle à cette découverte des moteurs de la circulation océanique ; les travaux ultérieurs permirent notamment d'en approfondir la description théorique, de la quantifier, de préciser les traits généraux de la circulation thermohaline profonde, etc.

Pour aller plus loin sur la Toile…

La circulation océanique. Circulation thermohaline
Laboratoire de physique des océans, IUEM, Brest

Voir aussi la bibliographie générale

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