Monitorage des eaux côtières du sud de la C.-B

Carte

Le détroit de Géorgie est un grand basin semi-fermé situé sur la côte sud de la Colombie-Britannique Le détroit de Juan de Fuca, au sud, est son ouverture principale sur l'océan Pacifique. Une abondante décharge d'eau douce, provenant en grande partie du fleuve Fraser, force un échange estuarien avec l'océan. La circulation résultante est modulée par les marées et le vent. La force d'entraînement du vent sur la côte et le flux d'eau douce sont assujettis à de fortes modulations saisonnières, ce qui mènent un cycle saisonnier prononcé des propriétés de l'eau de la région. Depuis 1999, 73 stations, allant de l'embouchure du détroit de Juan de Fuca jusqu'au nord du détroit de Géorgie, sont prélevées saisonnièrement. Le bateau habituellement utilisé pour effectuer les mesures de cette étude est le NGCC Vector. Des profiles CTP sont effectués à toutes les stations et des échantillons d'eau sont prélevés à certaines stations.

Tous les ans, les campagnes de mesure sont effectuées (1) lors du faible débit d'hiver (décembre), (2) au début de la crue (avril), (3) pendant la crue maximale (juin), et (4) à la fin de la crue nivale (septembre). De plus, des données historiques à long terme collectées dans le détroit de Géorgie et le détroit de Juan de Fuca sont aussi utilisées afin de déterminer la variabilité saisonnière du système.

Dans le détroit de Géorgie, le bassin central a une profondeur maximale de 400m. La circulation dans ce profond bassin est limitée par les seuils peu profonds qui se trouvent aux deux extrémités du détroit. Cependant, à l'occasion, les eaux profondes sont renouvelées par desintrusions d'eau en provenance des seuils.

Des résultats préliminaires de cette étude sont disponibles dans Évolution des propriétés physico-chimiques de l'eau de mer dans les détroits de Géorgie et de Juan de Fuca.

Pour obtenir de plus amples informations concernant le programme de prélèvement, veuillez communiquer avec Diane Masson.

Collecte des données

Plusieurs paramètres sont mesurés afin de caractériser la colonne d'eau et de déterminer son origine et sa progression. La température et la salinité sont deux propriétés importantes parce qu'elles déterminent la densité de l'eau. Dans le cadre de la présente étude, ces deux paramètres océanographiques sont mesurés à chaque station en utilisant une sonde qui mesure la conductivité, la température et la profondeur (CTP). Nous prenons également des échantillons d'eau aux stations le long de l'axe principal du détroit à partir duquel nous extrayons d'autres propriétés de l'eau telles que l'oxygène dissous et les nutriments.

Au cours de cette étude, nous mesurons régulièrement :

  • la température en ºC
  • la salinité en usp (unité de salinité pratique)
  • le volume d'oxygène dissous en ml/l
  • la quantité de matière pour les nitrates (NO3)
  • les silicates (Si)
  • les phosphates (PO4) en µmol/l.

Tous les appareils sont installés sur une même structure métallique, une rosette, et sont mis à l'eau en même temps. Le capteur de pression de la sonde CTP permet de suivre en direct la progression du système et de savoir à tout instant à quelle profondeur il se trouve ; la liaison avec la surface se fait par un câble électroporteur. Le sondeur bathymétrique permet de comparer la position du système par rapport au fond grâce au transducteur installé sur la cage métallique. La température et la salinité sont enregistrées lors de la descente. Puis la rosette est remontée : de façon continue si les mesures concernent seulement la température et la salinité, ou en s'arrêtant aux profondeurs prédéfinies pour prélever un échantillon d'eau en fermant une bouteille (l'ordre est envoyé à la rosette via le câble électroporteur).

Les données sont stockées sur un ordinateur à bord du navire. Le traitement et l'analyse des données sont effectués à l'Institut des sciences de la mer au cours des mois suivants.

Fleuve Fraser

Un certain nombre de rivières déchargent une grande quantité d'eau douce dans les eaux côtières méridionales de la C.-B.. La principale source d'eau douce est le fleuve Fraser.

Le fleuve Fraser se déverse dans le détroit de Géorgie près de la ville de Vancouver. Deux chenaux arrivent jusqu'à la mer, mais 87% du flux emprunte le bras du sud. L'écoulement du fleuve est soumis à d'importantes fluctuations saisonnières: les taux d'écoulement varient entre 300 m3s-1 en hiver et 10000 m3s-1 pendant le crue nivale du printemps. L'image à droite montre la turbidité élevée du panache du fleuve Fraser. L'eau douce entrant le détroit forme une mince couche d'eau douce à la surface de l'océan qui est facilement identifiée par la couleur brunâtre provoquée par l'augmentation de la charge de sédiments.

Tous les ans, les campagnes de mesure sont synchronisées en relation avec le cycle saisonnier de l'eau douce; les prélèvements se situent (1) lors du faible débit d'hiver (décembre), (2) au début de la crue (avril), (3) pendant la crue maximale (juin), et (4) à la fin de la crue nivale (septembre). Les 19 campagnes de mesure complétées au cours des cinq dernières années sont indiquées par les lignes grises dans le schéma à gauche.

Le débit du fleuve atteint des valeurs maximales au début de l'été (juin) dû à la fonte de neige dans les montagnes. La période de crue nivale dure environ 3 mois. Il y a également une variabilité significative interannuelle dans écoulement, comme indique la figure ci-dessus. Au cours des années de basse couverture de neige d'hiver, telles que 2001, le débit maximal atteint des valeurs d'environ 6000 m3s-1. D'autre part, pendant le crue nivale du printemps suivant un hiver qui a eu une chute de neige importante (telle que 1999), l'écoulement peut atteindre des valeurs maximales de jusqu'à 12000 m3s-1.

Panache du fleuve Fraser

Panache du fleuve Fraser

Débit du fleuve Fraser

Débit du fleuve Fraser

Événements de renouvellement de l'eau profonde

Le détroit de Géorgie est relié à l'océan par des constrictions étroites et des seuils peu profonds. La partie centrale du détroit est relativement profonde (en bleu dans le graphique à droite), atteignant une profondeur de plus de 400 m, bien en dessous du seuil de Boundary Pass. La masse d'eau profonde est alors isolée des eaux du plancher océanique pour la majeure partie de l'année. Cependant, des intrusions d'eau profonde pénètrent de temps en temps le bassin profond, déplaçant la masse d'eau ambiante. Ces événements sont provoqués par l'intrusion d'eau dense qui coule au-dessous du seuil de Boundary Pass, générant un courant de gravité qui suit la bathymétrie et pénètre le bassin profond du détroit. Le graphique à droite montre les positions de quatre courantomètres, AS01, AS02, AS03, et AS04, ainsi que la station hydrographique à long terme de la baie de Nanoose, NB. Les données rassemblées à ces stations ont été utilisées pour étudier les événements de renouvellement de l'eau profonde.

Événements de renouvellement de l'eau profonde

L'eau profonde du détroit est renouvelée par des événements de renouvellement de l'eau profonde distincts (DWR) durant lesquels l'eau dense coule au-dessus des seuils et dans le bassin intérieur. Les événements peuvent être classifiés selon les deux catégories qui comportent le cycle annuel: les intrusions de la fin d'hiver apportent de l'eau froide et riche en oxygène, et les événements de la fin d'été apportent de l'eau chaude, saline et pauvre en oxygène. Il y a également des variations interannuelles importantes entre les saisons de renouvellement de l'eau profonde. Le graphique ci-dessus montre comment l'eau profonde chaude présente en avril 1999 avait été déplacée par de l'eau plus froide apportée par les intrusions froides du printemps.

Courant de gravité

Le renouvellement de l'eau profonde se produit épisodiquement sous forme d'intrusions discrètes qui ont des caractéristiques semblables à ceux des courants de gravité de fond. Le passage d'une intrusion est associé à une augmentation de salinité, de densité et de vitesse. En ce qui concerne la température, l'impulsion dense atteint la couche profonde comme impulsion relativement chaude (froide) en automne (printemps). Chaque intrusion dure environ 10 jours et sa forme est caractéristique d'un courant de gravité avec un front distinct suivi d'une queue plus diffuse.

Le cycle annuel

Les deux saisons de renouvellement de l'eau profonde déterminent le cycle annuel de l'eau profonde dans le détroit de Géorgie. Il est caractérisé par une salinité qui varie en dents de scie avec des valeurs maximale en automne, et une température qui varie en forme de marches atteignant un plateau de valeurs basses en été et ayant des valeurs plus élevées en hiver. La synchronisation des deux saisons de DWR (printemps et fin de l'été) est expliquée en termes de chevauchement de la remontée d'eau côtière et de la crue nivale du fleuve Fraser. Deux fois par année, au printemps et à la fin de l'été, une forte salinité de surface et un écoulement de retour d'eau profonde et dense entraînent la formation d'eau dense près du seuil qui s'enfonce dans le bassin profond. Les lignes jaunes sur le graphique à droite indiquent 6 événements de DWR mesurés en 1989/1990. Notez l'échelle différente pour la densité à la station AS01.

Variations interannuelles

La variabilité interannuelle de la synchronisation et de l'intensité de la remontée d'eau et de la crue nivale du fleuve amène des variations interannuelles significatives entre les saisons de renouvellement de l'eau profonde. Par exemple, au cours de l'année suivant le début d'un El Niño de forte intensité, la température de fond du détroit ne se refroidit pas au printemps de façon caractéristique. Ceci est probablement dû à la présence de l'eau anormalement chaude sur le plancher. Après un tel été où l'eau reste plus ou moins chaude, les événements DWR de l'automne suivant remonte la température de fond à des valeurs plus ou moins élevées (ce qui est indiquée en avril 1999).

Forçage de marée bimensuelle

Chaque événement de renouvellement de l'eau profonde se produit suivant une marée de morte-eau, lorsque la densité près du fond des seuils atteint une valeur maximale. En outre, les intrusions profondes se produisent mensuellement, après deux marées de morte-eau. Ceci semble être dû au fait que la réponse de temps du champ de densité dans l'estuaire est plus longue que la période bimensuelle. Il faut deux marées consécutives de morte-eau pour que la densité au seuil atteigne des assez hautes valeurs après le rinçage de l'eau dense par l'événement précédent. Dans le graphique ci-dessus à droite, les événements de DWR (indiqués en jaune) sont des périodes de haute densité, enregistrés à AS02.

Les courbes de température mesurée à une série de stations situées sur une section le long du détroit, montrant l'eau chaude et profonde en avril remplacée par l'eau plus froide en juin 1999.

Les courbes de température mesurée à une série de stations situées sur une section le long du détroit, montrant l'eau chaude et profonde en avril remplacée par l'eau plus froide en juin 1999.

Le panneau supérieur (a) donne une série chronologique de la densité de l'eau de fond à AS02, AS03, et AS01, et le panneau inférieur (b) donne la température et la salinité mesurées près du fond à NB

Le panneau supérieur (a) donne une série chronologique de la densité de l'eau de fond à AS02, AS03, et AS01, et le panneau inférieur (b) donne la température et la salinité mesurées près du fond à NB

Température de fond à la station NB. Les lignes jaunes indiquent le commencement des événements principaux de El Niño.

Température de fond à la station NB. Les lignes jaunes indiquent le commencement des événements principaux de El Niño.

Intensité de mélange dû à la marée filtrée à passe-bas à Boundary Pass (AS03) représentée par la vitesse cubique et l'afflux de densité au-dessus du passage.

Intensité de mélange dû à la marée filtrée à passe-bas à Boundary Pass (AS03) représentée par la vitesse cubique et l'afflux de densité au-dessus du passage.

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