Thèse soutenue

Modélisation de la marée interne et analyse de son impact sur la structure thermique de l'océan au large de l'Amazone

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Auteur / Autrice : Fernand Bernie Assene Mvongo
Direction : Ariane Koch-LarrouyIsabelle Dadou
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Océan, Atmosphère, Climat
Date : Soutenance le 21/05/2024
Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
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-....) - Mercator Océan
Jury : Président / Présidente : Yves Morel
Examinateurs / Examinatrices : Xavier Carton
Rapporteurs / Rapporteuses : Raphaël Onguéné, Nicolas Grisouard

Résumé

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La marée interne est un phénomène complexe généré par l'interaction entre les marées de surface avec la topographie marine (monts sous-marins, pentes continentales, dorsales) dans un contexte d'océan stratifié. La dissipation de l'énergie associée à la marée interne engendre un intense mélange vertical qui influence la température de l'océan sur toute la colonne d'eau jusqu'en surface, ce qui a un impact significatif pour circulation thermohaline, pour le mélange profond, et pour la convection nuageuse, concernant le mélange plus en surface. L'ensemble des deux (marée interne et de surface) a donc un impact important sur le climat. Ce mélange influence également les concentrations en nutriments, et par ricochet la production primaire et la distribution des organismes marins. Ces divers impacts sont assez documentés dans certaines régions océaniques grâce aux données in situ et à la modélisation numérique. Mais la question de l'impact de la marée interne sur la structure de la température et des nutriments reste encore ouverte concernant la région au large de l'embouchure de l'Amazone, qui est ma zone d'étude. L'objectif premier de ma thèse, qui est technique, est de fournir une base de données de simulations numériques permettant d'étudier la dynamique de la marée interne et de son impact sur le milieu physique et la biogéochimie marine au large de l'embouchure de l'Amazone. Le second objectif, qui est scientifique, est d'utiliser ces simulations pour analyser l'impact de la marée interne sur la structure de la température et sa variabilité dans le temps. Durant ma thèse, j'ai participé à la mise en place de deux configurations du modèle NEMO dédiées à l'étude des ondes internes de marée. L'une est physique et baptisée "AMAZON36", et l'autre est couplée physique-biogéochimie avec le modèle PISCES et baptisée "AMAZON36-BIO". Ensuite, j'ai réalisé, pour chacune des deux configurations, des simulations jumelles (avec et sans forçage de marée) sur plusieurs années, 2007-2016 et 2013-2016 pour AMAZON36 et AMAZON36 -BIO, respectivement. Dans la suite de la thèse, nous avons utilisé les simulations de la configuration AMAZON36 pour montrer comment au large de l'embouchure de l'Amazone, les ondes internes de marée entrainent un refroidissement significatif de la SST qui induit une augmentation des flux net de chaleur entre l'océan et l'atmosphère sus-jacente. Les ondes internes de marée induisent également un refroidissement de la température sur la verticale à l'intérieur de l'océan, dans la couche de mélange et au-dessus de la thermocline, et un refroidissement en dessous jusqu'à plusieurs centaines de mètres. Nous avons aussi montré que c'est par le mélange vertical que les ondes internes de marée impactent la température sur toute la verticale. Dans la suite, nous avons utilisé ces simulations et des observations satellites de la température de surface de la mer (SST) pour analyser variabilité temporelle de cet impact sur la température aux fréquences semi-diurnes et bimensuelle depuis la surface jusqu'à l'intérieur de la colonne d'eau. Il apparait clairement que les ondes internes dans leurs zones de dissipation sur le talus et au large, entrainent de fortes fluctuations de température à haute fréquence pouvant atteindre plusieurs degrés Celsius, et un peu moins à l'échelle bimensuelle. Les travaux de ma thèse permettent ainsi (i) de mieux appréhender les mécanismes et les échelles temporelles d'action de la marée interne sur la température au large de l'embouchure de l'Amazone, et (ii) posent une base solide, en termes de réalisation de simulations numériques, pour l'analyse de l'impact de la marée interne sur la biogéochimie dans cette région.