Interactions côte-large dans le système de l'upwelling du Benguela par modélisation couplée physique/biogéochimique

Shelf-offshore intercations in the Benguela upwelling system using a3-D coupled physical-biogeochemical model

• Auteur / Autrice : Élodie Gutknecht
• Direction : Isabelle Dadou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique et biogéochimique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Upwelling

Benguela (courant)

Circulation océanique

Mots clés libres

Systèmes d'Upwelling de Bord Est (EBUS

Roms

BioEBUS

Système de l'upwelling du Benguela

Cycle de l'azote

Zone de minimum d'oxygène (OMZ)

Echanges côte-large

Perte d'azote

Dénitrification

Anammox

Emissions de protoxyde d'azote

Résumé

Le principal objectif de cette thèse est d'étudier les interactions entre l'océan côtier et l'océan ouvert dans la zone de l'upwelling du Benguela, située au large des côtes d'Afrique du Sud et de Namibie, à l'aide d'un outil numérique et de données satellites et in-situ. Un modèle biogéochimique adapté à la zone d'étude (BioBUS ; Biogeochemical model for the Benguela Upwelling System), prenant en compte les processus caractéristiques des systèmes d'upwelling de bord Est et des zones de minimum d'oxygène associées a été développé, puis couplé au modèle hydrodynamique ROMS, afin de mettre au point une configuration réaliste centrée sur le système de l'upwelling de Namibie (sous-système Nord du Benguela), zone d'étude de cette thèse. Ces travaux de thèse ont permis d'améliorer notre compréhension des systèmes d'upwelling de bord Est (EBUS), notamment leurs impacts locaux et régionaux, ainsi que les couplages physiques/biogéochimiques dans ces systèmes. A l'issue de ces travaux de thèse, les apports d'azote depuis la zone de l'upwelling vers le gyre oligotrophe de l'océan Atlantique Sud ont été estimés (0. 38 molN. M-2. Yr-1) et sont comparables aux autres sources d'azote (dépôts atmosphériques, fixation biologique,. . . ) possibles de soutenir la production primaire dans le gyre subtropical (de 0. 01 à 0. 24 molN. M-2. Yr-1). Les pertes d'azote par dénitrification et anammox liées à la zone de minimum d'oxygène (2. 2 108 molN. Yr-1) sont du même ordre de grandeur que les pertes par émission de N2O vers l'atmosphère (5. 5 108 molN. Yr-1), mais sont sous-estimées par rapport aux quelques estimations in-situ dont nous disposons. Les flux de N2O à l'interface océan-atmosphère dans cette région sont clairement significatifs pour le budget atmosphérique de N2O. En effet, même si la surface de la zone ne représente pas plus de 1. 2% des EBUS, ces émissions de N2O contribuent à 4% des émissions de N2O dans les EBUS. Enfin, ces travaux de thèse montrent l'importance des processus à mésoéchelle dans le transport total d'azote au large du plateau continental Namibien.

The main objective of this PhD thesis is the study of the shelf/offshore interactions in the Benguela upwelling system, off South African and Namibian coasts, using a numerical model as well as satellite and in-situ data. A Biogeochemical model adapted for the Benguela Upwelling System (BioBUS), taking into account the main processes linked with eastern boundary upwelling systems and associated oxygen minimum zones, has been developed and coupled with the ROMS hydrodynamical model, in order to implement a realistic configuration in the Namibian upwelling system (Northern Benguela), the studied area of this PhD thesis. This PhD thesis contributes to the improvement of the physical/biogeochemical couplings as well as the understanding of the Eastern Boundary Upwelling Systems (EBUS) and their local and regional impact. Nitrogen inputs from the upwelling area to the South Atlantic oligotrophic gyre were estimated (0. 38 molN. M-2. Yr-1) and are of the same order as other possible N sources (such as atmospheric deposition, biological fixation,. . . ) sustaining primary production in the subtropical gyre (from 0. 01 to 0. 24 molN. M-2. Yr-1). Nitrogen losses by denitrification and anammox processes linked with the oxygen minimum zone (2. 2 108 molN. Yr-1) have the same order of magnitude than N2O outgasing to the atmosphere (5. 5 108 molN. Yr-1), however they are underestimated when compared with in-situ estimations. Air-sea N2O fluxes are clearly significant in this area for the atmospheric N2O budget. Indeed, even if this area represents 1. 2% of the EBUS, its estimated N2O emission contributes to 4% of the EBUS emissions. Furthermore, this PhD thesis shows the important role of mesoscale processes in the nitrogen total transport off the Namibian continental shelf.