Fronts, tourbillons et transferts méridiens dans l'océan Austral au sud de l'Afrique à partir de l'altimétrie satellitale

par Arnaud David

Thèse de doctorat en Océanographie physique

Sous la direction de Sabrina Speich.

Soutenue le 30-11-2012

à Brest , dans le cadre de École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère) , en partenariat avec Laboratoire de physique des océans (Plouzané, Finistère) (laboratoire) .

Le président du jury était Rosemary Morrow.

Le jury était composé de Sabrina Speich, Rosemary Morrow, Sabine Arnault, Silvia L. Garzoli.

Les rapporteurs étaient Sabine Arnault, Silvia L. Garzoli.


  • Résumé

    L’océan Austral est une composante essentielle de l’océan planétaire. Sa structure annulaire lui permet d’assurer le caractère global de la circulation océanique. Il est soumis à des conditions atmosphériques extrêmes, et les flux air-mer intenses qui s’établissent à sa surface ont un rôle majeur dans la formation et la transformation des masses d’eau. L’océan Austral participe donc activement à la circulation méridienne de retournement, au piégeage du gaz carbonique contenu par l’atmosphère et à sa restitution, et aux bilans globaux d’un grand nombre d’éléments biogéochimiques.Cette thèse s’intéresse donc à l’évaluation des transferts méridiens de surface dans l’océan Austral à partir de l’altimétrie satellitale. Ces données fournissent une série temporelle bidimensionnelle de la dynamique océanique à la résolution de la méso-échelle et se sont montrées très précieuses dans le cadre de nombreuses études sur circulation de l’océan. Une connaissance plus quantitative de la phénoménologie des transferts méridiens à travers l’océan Austral conduira à une meilleure estimation de la circulation dans cet océan, de sa cellule méridienne de surface et de sa cellule méridienne intermédiaire, de la fermeture de la circulation du retournement méridien (MOC, pour Meridional Overturning Circulation) et du rôle de cet océan dans la circulation globale et le climat terrestre.Le courant Circumpolaire Antarctique (ACC, pour Antarctic Circumpolar Current) est une composante dynamique cruciale de l’océan Austral. L'ACC s’articule en jets, positionnés autour d’un ensemble de fronts dont la définition n’est pas unique dans la littérature. L’identification fine des fronts qui forment l’ACC et ses limites nord et sud demeure donc un problème complexe, bien qu’elle soit essentielle pour mieux identifier les échanges réalisés dans la direction qui leur est transverse.Le premier objectif de cette thèse est donc de proposer pour ces fronts une qualification la plus objective précise, afin de pouvoir caractériser leur continuité dans le temps et dans l’espace. Notre travail s’appuie sur les séries altimétriques observées depuis l’espace, car elles offrent l’avantage d’une bonne résolution spatiale sur une longue durée. Le niveau de la mer caractérise par ailleurs la dynamique océanique intégrée sur une échelle verticale plus large, donc a priori plus robuste, que la simple surface océanique. Trois méthodes, indépendantes dans leur formalisme, sont ainsi implémentées pour répondre à ce premier objectif : cartes d’exposants de Lyapunov, traitement d’images par des analyses en ondelettes et travail direct sur l’intensité du courant géostrophique de surface.Une fois définis, ces fronts permettent d’asseoir une géométrie de référence pour l’ACC. La mise en évidence de brèches dans leur agencement zonal, c’est-à-dire de discontinuités dans le temps ou dans l’espace permet de distinguer des lieux privilégiés pour des échanges cross-frontaux. Dans les couches de surfaces de l’océan Austral, les échanges méridiens peuvent avoir lieu par des transferts dans la couche d’Ekman, ou par des structures à méso-échelle, voire à plus fine échelle. Puisque des estimations du transport d’Ekman ont déjà été dérivées à partir de données de vent satellitales et numériques et puisque la résolution de l’altimétrie satellitale ne permet pas encore d’étudier la subméso-échelle océanique de manière satisfaisante, nous nous intéressons aux échanges réalisés par les tourbillons de méso-échelle. Nous réalisons donc un diagnostic fin de l’activité de méso-échelle à partir du recensement et du suivi des tourbillons dans l’océan Austral, sur la base d’une détection de contours fermés dans des cartes journalières de niveau de la mer absolu. Nous détaillons la géographie et le comportement de l’activité de méso-échelle dans une sous-région de l’océan Austral entourant le sud du continent africain.[…]

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