Le rôle de la dynamique océanique et atmosphérique en Atlantique Nord sur le fonctionnement de l'upwelling ouest-africain

The role of oceanic and atmospheric dynamics in the North Atlantic on the functioning of West African upwelling

• Auteur / Autrice : Lala Kounta Diop
• Direction : Xavier Capet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique
• Date : Soutenance le 05/07/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec Université Cheikh Anta Diop (Dakar, Sénégal ; 1957-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Francis Codron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Amadou Thierno Gaye, Joseph Arr, Saïdou Moustapha Sall, Bamol Sow
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Boris Dewitte, Pierrick Penven

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circulation atmosphérique

Courants marins

Interaction mer-atmosphère

Atlantique, Côte de l' (Afrique occidentale)

Upwelling

Mots clés libres

Upwelling ouest africain

Courant

Vent

Onde côtière

Circulation océanique

Circulation atmosphérique.

West African upwelling

Current

Wind

Coastal wave

Ocean circulation

Atmospheric circulation

Résumé

Cette thèse avait pour objectif de mieux comprendre le rôle de la dynamique océanique et atmosphérique régionale sur le fonctionnement de l’upwelling ouest africain. La première partie est consacrée à l’étude du cycle saisonnier, de la dynamique et de l’origine des masses d’eau du courant de bord qui alimente l’upwelling ouest africain. Ce courant est situé sur la pente continentale et est dénommé WABC (pour West African poleward Boundary Current en anglais). Son lien avec la circulation à l’échelle de l’Atlantique Tropical Nord Est (ATNE) est aussi étudié. Les résultats obtenus sont principalement basés sur des sorties de simulations numériques avec une configuration régionale du modèle NEMO (TROP025). Le WABC est constitué d’un sous courant dirigé vers le pôle (communément appelé Poleward Under Current (PUC) en anglais) et d’un courant de surface également dirigé vers le pôle et fréquemment appelé courant de Mauritanie (Mauritania Current en anglais ; MC). Le WABC est présent quasiment toute l’année. Il est visible en surface (en l’absence du jet d’upwelling côtier) et s’étend jusqu’à ~ 250 m de profondeur ou en gamme de densité. Son transport méridien vers le nord est la conséquence des gradients de pression baroclines mis en place par le vent et aussi d’un rotationnel de vent positif le long des côtes ouest africaines. L’étude du cycle saisonnier a permis de montrer que le WABC présente deux pics de transport dans l’année : un premier en Avril-Mai et un second en Octobre- Novembre. Ce cycle semi-annuel du WABC résulte de l’activité des ondes côtières générées par les fluctuations du forçage par le vent. Le premier pic est causé par une relaxation des vents locaux (dans la zone côtière ouest africaine). Pour le second pic automnal la zone de forçage est distante et principalement située dans le golfe de Guinée. La quantité d’eau transportée par le WABC est estimée à 1 Sv en moyenne annuelle. Du fait de la variation du paramètre de Coriolis avec la latitude (effet β), les ondes côtières associées à la variation du WABC donnent naissance à des ondes de Rossby se propageant vers l’ouest. Les caractéristiques de ces ondes qui changent suivant la latitude, sont mises en évidence dans la thèse. L’étude de l’origine des masses d’eau du WABC a permis de clarifier le lien entre le WABC et la circulation dans l’ATNE. En effet, les masses d’eau transportées par le WABC sont amenées par le sous courant nord équatorial et sont principalement situées dans la thermocline (100-240 m). Elles subissent de fortes recirculations et une advection moyenne faible (~1 cm/s) dans la "shadow zone" avant d’être amenées par le WABC. Cette étude nous a aussi permis de montrer que la circulation au nord du dôme de Guinée (notamment la recirculation vers l’ouest associée à la présence du dôme de Guinée) tend à être surestimée lorsque les vitesses sont calculées à partir de l’équation du vent thermique avec des niveaux de références peu profonds. En effet, la prise en compte des gradients thermohalins profonds est importante et tend à renforcer l’advection vers le nord-est dans l’ATNE. La dernière partie de la thèse a concerné l’étude des modes de variabilité atmosphérique grandes échelles qui modulent, aux échelles de temps synoptiques, l’intensité des vents d’upwelling le long des côtes sénégalaises. Les analyses menées sur des données de réanalyses (Era-Interim) montrent que les fluctuations du vent, à ces échelles de temps et dans cette zone, sont principalement liées à l’intensité et la position de l’anticyclone des Açores, de l’anticyclone Saharo-Libyen et de la dépression Saharo-sahélienne. La variabilité du régime de vent à Dakar en lien avec ENSO s’explique notamment par la manière dont ces centres d’action sont affectés par ce mode de variabilité climatique.

The southern end of the Canary current system comprises of an original upwelling center that has so far received little attention. This Ph.D. Thesis focuses on the dynamical functioning of the Southern Senegal-Gambia Upwelling Center (SSUC). We are interested in the upwelling circulation and thermohaline structure on the shelf between the coastline and 100-200 km offshore. Our focus is on the upwelling period (November to May). The main originality of the SSUC compared to other upwelling centers stems from its conti-nental shelf that is broad and shallow (20–30 m over tens of kilometers). The normal state of the system comprises the classical upwelling front but also a well-defined inner-shelf front that separates cold upwelled waters from nearshore warmer waters. We investigate its dynamical functioning using analysed satellite images, in situ data and state-of-the- art 3D numerical simulations. Through a fine-scale analysis of the physical conditions of the SSUC, this work poses the basis of an integrated approach to the Senegalese marine environment functioning. A first part of results is based on the careful examinations and analysis of over 1500 satellite images of sea surface temperature scenes contextualized with respect to wind conditions. Analysis confirm the regularity and stability of the SSUC dynamical functioning (as manifested by the recurrence and persistence of particular SST patterns). The analyses also reveal subtle aspects of its upwelling structure : shelf break cooling of surface waters consistent with internal tide breaking/mixing ; complex interplay between local upwelling and the Mauritanian current off the Cape Verde headland ; complexity of the inner-shelf/mid shelf frontal transition. The amplitude of the diurnal cycle suggests that large uncertainties exist in the SSUC heat budget. The studies limitations underscore the need for continuous in situ measurement in the SSUC, particularly of winds. The dynamical functioning of SSUC is also investigated by means of numerical simulations, using the hydrodynamical Regional Ocean Modeling System ROMS (∆x ≈ 2 km). Different simulations have been carried with varying forcings (climatological or synoptic wind ; fine-scale adjustments of heat flux in coastal area ; presence or absence of tides). Numerical solutions show a good agreement with available satellite and in situ observations. These solutions clarify the dynamical functioning of the system especially in terms of circulation, location of cold water upwelling but also fate of upwelled water through a Lagrangian analysis. We show in particular that the northern part of the SSUC is the main upwelling area. Waters that upwelled in this area predominantly come from the southern of the SSUC, through advection by the Mauritanian current. Lagrangian analysis also revealed the dynamics associated with the coastal area of nursery and nuance the conceptual retention scheme previously admitted. The sensitivity of the dynamics of SSUC to atmospheric forcings is modest with nevertheless some modulations of the cross-shore exchanges that may be important to the ecosystem.