Modélisation de la marée interne et analyse de son impact sur la structure thermique de l’océan au large de l’Amazone

– Fernand Assene, Doctorant, Legos –

Résumé :

La marée interne est un phénomène complexe généré par l’interaction entre les marées de surface avec la topographie marine (monts sous-marins, pentes continentales, dorsales) dans un contexte d’océan stratifié. La dissipation de l’énergie associée à la marée interne engendre un intense mélange qui influence la température de l’océan sur toute la colonne d’eau jusqu’en surface. Ce qui a un impact significatif pour la circulation thermohaline, pour le mélange profond, et pour la convection nuageuse, concernant le mélange plus en surface. L’ensemble des deux (marée interne et de surface) a donc un impact important sur le climat. Le mélange causé par la marée interne influence également les concentrations en nutriments, et par ricochet la production primaire et la distribution des organismes marins.

Ces divers impacts sont assez documentés dans certaines régions océaniques grâce aux données in situ, à la télédétection et à la modélisation numérique. Mais la question de l’impact de la marée interne sur la structure de la température et des nutriments reste encore ouverte concernant la région au large de l’embouchure de l’Amazone, qui est ma zone d’étude. L’objectif premier de ma thèse, qui est technique, était de fournir une base de simulations numériques permettant d’étudier la dynamique de la marée interne et de son impact sur le milieu physique et la biogéochimie marine au large de l’embouchure de l’Amazone. Le second objectif, qui est scientifique, était d’utiliser ces simulations et des produits de télédétection pour analyser l’impact de la marée interne sur la structure de la température et sa variabilité dans le temps.

Durant ma thèse, j’ai donc participé à la mise en place de deux configurations du modèle NEMO dédiées à l’étude de la marée interne. L’une est physique et baptisée « AMAZON36 », et l’autre est couplée physique-biogéochimie avec le modèle PISCES et baptisée « AMAZON36-BIO ». Et j’ai réalisé, pour chacune des deux configurations, des simulations jumelles (avec et sans forçage de marée) sur plusieurs années, 2007–2016 et 2013–2016 pour AMAZON36 et AMAZON36 -BIO, respectivement. Dans la suite de la thèse, j’ai utilisé les simulations de la configuration AMAZON36 et j’ai montré qu’au large de l’embouchure de l’Amazone, la marée interne entraine un refroidissement significatif de la SST qui induit à son tour une augmentation des flux net de chaleur entre l’océan et l’atmosphère. La marée interne induit également un refroidissement de la température sur la verticale à l’intérieur de l’océan, dans la couche de mélange et au-dessus de la thermocline, et un réchauffement en dessous jusqu’à plusieurs centaines de mètres. J’ai aussi montré que c’est par le mélange vertical que la marée interne influence la température. J’ai par ailleurs utilisé ces simulations et des observations satellites de température de surface de la mer (SST) pour analyser la variabilité temporelle de la température aux échelles de marée (fréquences semi-diurnes et bimensuelle) aussi bien en surface qu’à l’intérieur de la colonne d’eau. Il apparait clairement que, dans leurs zones dans lesquelles elle se dissipe (talus et chemin de propagation), la marée interne entraine de très fortes fluctuations de température aux fréquences semi-diurnes (M2, S2) pouvant atteindre quelques degrés Celsius, et un peu moins à l’échelle bimensuelle (MSf), principalement localisées dans la thermocline.

Les travaux de ma thèse permettent ainsi (i) de mieux appréhender les mécanismes et les échelles temporelles d’action de la marée interne sur la température au large de l’embouchure de l’Amazone, et (ii) posent une base solide, en termes de simulations numériques, pour l’analyse de l’impact de la marée interne sur la biogéochimie dans cette région.

Jury :

• Raphaël ONGUENE (Professeur Associé, Rapporteur)
• Nicolas GRISOUARD (Professeur Associé, Rapporteur)
• Yves MOREL (HDR, Examinateur)
• Xavier CARTON (Professeur, Examinateur)
• Ariane KOCH-LARROUY (Chargée de Recherche, Directrice de thèse)
• Isabelle DADOU (Professeur, Co-directrice de thèse)
• Jérôme CHANUT (Docteur, Membre Invité)
• Alex Costa da SILVA (Professeur, Membre invité)
• Gilles GARRIC (Docteur, Membre Invité)