Impact des fluctuations synoptiques de vent sur la dynamique et l'écosystème planctonique du système d'upwelling du sud Sénégal

Impact of Synoptic Wind Variability on the Dynamics and Planktonic Ecosystem of the South Senegalese Upwelling Sector

• Auteur / Autrice : Pierre Chabert
• Direction : Xavier Capet, Vincent Echevin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du climat, de l'atmosphère et des océans, terrestres et planétaire
• Date : Soutenance le 06/02/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• 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 : Pascale Bouruet-Aubertot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mark Ohman, Fanny Chenillat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : John L. Largier, Nicolas Gruber

Mots clés

Mots clés contrôlés

Forçage hydrodynamique

Effets du vent

Upwelling

Atlantique, Côte de l' (Sénégal)

Populations

Plancton marin

Mots clés libres

Océan

Côtier

Écosystème planctonique

Intermittence forçage physique

Ocean

Coastal

Planktonic ecosystem

Résumé

En plus du cycle saisonnier du vent, les systèmes d'upwelling de bord Est des océans subissent des fluctuations à des échelles de temps plus courtes, intrasaisonnières ou synoptiques. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'impact d'une intensification ou d'une relaxation du vent synoptique sur une période de 5 à 10 jours sur la dynamique et l'écosystème planctonique du secteur d'upwelling du sud Sénégal (SSUS). Ce système possède un plateau continental particulièrement peu profond et est situé au sud de l'abrupte péninsule du Cap-Vert, qui casse la continuité de la ligne de côte. Notre objectif est d'apporter des connaissances supplémentaires sur ce système d'upwelling côtier qui, malgré son importance, a reçu peu d'attention, en particulier aux échelles de temps synoptiques. Pour étudier cela, nous développons une expérience de modélisation qui consiste à appliquer une intensification et une relaxation idéalisées du vent synoptique à un ensemble d'états climatologiques du SSUS. Les fluctuations synoptiques ont un impact sur toutes les variables dynamiques et façonnent des anomalies robustes des structures spatiales à l'échelle du système et à la méso-échelle. En appliquant un bilan de chaleur de la couche mélangée, nous identifions l'importance des processus horizontaux et l'importance très localisée des processus verticaux dans la variabilité du SSUS. Aussi, nous constatons que les biomasses planctoniques oscillent dans l'espace et le temps en réponse aux fluctuations synoptiques. La perturbation atmosphérique est amortie lors de sa propagation vers les niveaux trophiques supérieurs de l'écosystème. La réponse de l'écosystème planctonique est complexe et hétérogène sur le plateau, avec un comportement distinct sur le plateau interne. Un bilan des diatomées révèle que leur biomasse est principalement contrôlée par la production primaire, le broutage du zooplancton et la mortalité-agrégation. L'équilibre entre ces processus est responsable des réponses oscillatoires de la biomasse des diatomées aux événements synoptiques. Toutes les variables dynamiques et biogéochimiques présentent de modestes asymétries entre les réponses d'intensification et de relaxation du vent. Cela supporte l'hypothèse selon laquelle la variabilité synoptique a un impact seulement modeste sur l'état moyen climatologique. Les implications de nos résultats pour les futures questions de recherche sont discutées, notamment l'importance des observations biogéochimiques et les avancées de la modélisation des écosystèmes planctoniques.

In addition to the wind seasonal cycle, Eastern Boundary Upwelling Systems undergo fluctuations at shorter synoptic to intraseasonal time scales. This thesis focuses on the impact of synoptic wind intensifications and relaxations with a period of 5-10 days on the dynamics and planktonic ecosystem of the South Senegalese Upwelling Sector (SSUS). This system is located south of the sharp Cape Verde peninsula which acts as an abrupt coastline break and has a particularly shallow continental shelf. We aim to bring additional knowledge on this important coastal upwelling system that has received little attention, especially at synoptic time scales. To investigate this, we develop a modeling framework that involves applying idealized synoptic wind intensification and relaxation to an ensemble of climatological SSUS states. Synoptic fluctuations impact all dynamical variables out of their intrinsic variability range and shape robust anomalies of SSUS-scale and mesoscale spatial patterns. Using a mixed layer heat bud- get over the shelf, we identify the importance of horizontal processes in the SSUS heat variability and the very localized importance of vertical processes. Plankton biomass are found to oscillate in space and time in response to synoptic wind fluctuations. The atmospheric perturbation is damped during its propagation towards the upper trophic levels of the ecosystem. The response of the planktonic ecosystem is complex and heterogeneous over the shelf, with a distinctive inner shelf behavior. A diatoms budget reveals that their biomass is primarily controlled by primary production, zooplankton grazing and mortality-aggregation. The balance between these processes is responsible for the oscillatory responses of the diatoms biomass to synoptic wind events. All dynamical and biogeochemical variables exhibit modest asymmetries between wind intensification and relaxation responses. This brings support to the hypothesis that synoptic variability has a modest net impact on the climatological mean state. The implications of our results for future research questions are discussed, including the importance of biogeochemical observations and advances in plankton ecosystem modeling.