Thèse soutenue

Modélisation réaliste de la marée interne : sa signature en surface, sa variabilité et son bilan énergétique

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Auteur / Autrice : Simon Barbot
Direction : Florent LyardLoren Carrere
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Océan, Atmosphère, Climat
Date : Soutenance le 15/10/2021
Etablissement(s) : Toulouse 3
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales (Toulouse ; 1995-....)
Jury : Président / Présidente : Chantal Staquet
Examinateurs / Examinatrices : Florent Lyard, Loren Carrere, Brian K. Arbic
Rapporteur / Rapporteuse : Sarah Gille, Guillaume Charria, Nicolas Grisouard

Résumé

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La marée interne est générée lorsque les courants de la marée barotrope interceptent frontalement une pente bathymétrique importante dans un contexte d'océan stratifié, créant un déplacement périodique des couches océaniques. Les anomalies de pression baroclines générées ainsi se propagent sous la forme d'ondes internes sur des distances pouvant atteindre 2000 km, impactent la totalité de la colonne d'eau. La composante stationnaire du signal de surface de la marée interne est observée grâce aux longues séries temporelles de mesures altimétriques disponibles en continu depuis 1993. La composante non-stationnaire de la marée interne, principalement due à la variabilité de la circulation océanique et de la stratification, doit être abordée par des méthodologies différentes afin de décrire la variabilité de la marée interne. Cette dernière thématique a pris un essor particulier avec la préparation de la nouvelle mission large-fauchée SWOT, pour laquelle il devient indispensable de fournir des corrections précises de la marée interne pour pouvoir accéder à la mesure des signaux océaniques de sub-mésoéchelles notamment. La modélisation est un outil puissant permettant d'obtenir le signal complet de la marée interne, autrement difficilement accessible. Cette thèse fait le choix d'aborder la complexité de la marée interne de façon séquentielle, en analysant séparément chaque mécanisme pour en apporter une compréhension détaillée. Elle s'appuie sur des approches de modélisation idéalisées et semi-réalistes produisent un signal simplifié de la marée interne, pour examiner la contribution de la variabilité de la stratification océanique à la variabilité de la marée interne. Le signal de la marée interne est produit en utilisant des approches spectrales de modélisation et ces solutions sont détaillés en utilisant la décomposition en modes verticaux. L'analyse se focalise sur deux zones caractérisées par des dynamiques océaniques différentes : le Golfe de Gascogne et l'Atlantique équatorial-ouest. Tout d'abord, plusieurs conditions caractéristiques de stratification sont définies en utilisant une classification innovante des profils de densité in situ, et permettant de représenter la variabilité de la stratification à partir d'un nombre réduits de profils types. À partir de ces profils, la marée interne est simulée dans un cas idéalisé en utilisant le modèle T-UGOm, puis dans un cas semi-réaliste du Golfe de Gascogne en utilisant le modèle SYMPHONIE. Le cas idéalisé permet de mettre en évidence et de quantifier l'influence de la stratification sur l'amplitude et la longueur d'onde de la marée interne pour chaque mode, et d'étudier précisément les bilans d'énergie associés. Le cas semi-réaliste permet d'étendre cette étude à contexte réaliste, présentant plusieurs sites de génération et d'aborder la complexité des interactions entre ondes internes issues de ces sites. Afin de comparer ces simulations semi-réalistes aux données altimétriques, celles-ci sont analysées selon un découpage saisonnier, cohérent avec le contexte de stratification défini pour les simulations. Ce découpage mettant à l'épreuve la robustesse des méthodes d'analyse harmoniques traditionnellement utilisées pour la marée, cette thèse explore une méthode numérique et ses limitations. Ces travaux permettent de mieux comprendre la marée interne et les mécanismes qui la contrôlent et de mieux cerner la variabilité associée à la stratification seule en proposant de nouvelles approches. Cette compréhension de la marée interne et les simulations réalisées permettent également d'évaluer l'impact de la marée interne sur la remise en suspension profonde des sédiments dans le but d'affiner l'interprétation de mesures géochimiques.