Dissertations / Theses on the topic 'Masses d'eau – Océanographie – Méditerranée (mer)'

La Méditerranée Occidentale est l’un des bassins avec le plus de pollution plastique au monde, et son réchauffement de surface est quatre fois plus intense que celui des océans. Elle est dite "bassin laboratoire" pour l’étude de l’océan global : elle développe sa propre circulation de retournement. Sa courantologie est composée de 4 couches et d’environ 6 masses d’eau. La rencontre de deux masses d’eau de différentes températures et salinités en surface crée un front thermohalin. Cette thèse présente des avancées récentes sur la caractérisation des zones de fronts et sur la dynamique des masses d’eau en Méditerranée Occidentale. La détection de fronts de surface dans une simulation, et sur des observations satellites, a produit des cartes de statistiques de présence des fronts. Deux zones majeures de fronts, de température et de salinité, apparaissent dans le centre du bassin et se révèlent très différentes.La première est thermique, estivale et sur une profondeur de 50m. Elle part des Pyrénées mais s’estompe vers le nord-ouest de la Corse. La deuxième est haline, quasi-permanente et sur 200m de profondeur. Elle relie nettement les îles Baléares au sud-ouest de la Sardaigne. Précédemment confondues au sein d’un seul « front Nord-Baléares », leurs différentes origines et localisations impliquent que deux nouvelles appellations soient proposées. La zone de fronts halins marque la frontière entre eaux atlantiques jeunes du sud (AW) et vieilles du nord (mAW). Elle se fait déplacer vers le sud lors de la formation d’eau profonde (DWF) interannuelle du bassin provençal, et remonte ensuite vers le nord sous l’influence des tourbillons algériens (AEs). Le développement d’un algorithme de séparation des 6 différentes masses d’eau a permis de décrire la circulation particulière de chacune d’entre elles dans la simulation. Les circulations moyennes coïncident avec la littérature connue. Puis, outre un évènement irréaliste de circulation profonde, deux résultats importants sont déduits. D’une part, la simulation montre que la DWF du bassin provençal semble disloquer le gyre profond Est-Algérien, modifiant à son tour la trajectoire des AEs en surface. D’autre part, la DWF de 2005 a induit en 2009 un transit d’eau profonde vers la mer Tyrrhénienne.Néanmoins, ce transit a provoqué en surface un courant de retour de mAWs par le canal de Sardaigne vers le bassin algérien, au lieu d’un apport habituel par le canal Corse, et entraînant exceptionnellement de l’AW jusqu’en mer Ligure
The Western Mediterranean is one of the basins with the most plastic pollution in the world, and its surface warming is four times more intense than that of the oceans. It is a so-called "laboratory basin" for the study of the global ocean : it develops its own overturning circulation. Its currentology is composed of 4 layers and about 6 water masses. The meeting of two water masses of different surface temperatures and salinities creates a thermohaline front. This thesis presents recent advances in the characterisation of front zones and water mass dynamics in the Western Mediterranean. The detection of surface fronts in a simulation, and on satellite observations, has produced maps of front presence statistics. Two major zones of fronts, of temperature and salinity, appear in the centre of the basin and are very different. The first is thermal, summer and 50m deep. It starts in the Pyrenees but fades towards the north-west of Corsica. The second is haline, quasi-permanent and over 200m depth. It clearly connects the Balearic Islands to southwestern Sardinia. Previously confused within a single "North Balearic front", their different origins and locations imply that two new designations are proposed. The haline front zone marks the boundary between young southern Atlantic waters (AW) and old northern waters (mAW). It is displaced southwards during the interannual deep water formation (DWF) of the Provençal basin, and then moves northwards under the influence of Algerian eddies (AEs). The development of an algorithmfor separating the 6 different water masses allowed the description of the particular circulation of each of them in the simulation. The average circulations coincide with the known literature. Then, besides an unrealistic deep circulation event, two important results are deduced. On the one hand, the simulation shows that the DWF of the Provençal Basin seems to dislocate the deep East Algerian gyre, modifying in turn the trajectory of the surface AEs. On the other hand, the 2005 DWF induced a deep water transit towards the Tyrrhenian Sea in 2009. However, this transit induced a surface return flow of mAWs through the Sardinia Channel towards the Algerian Basin, instead of the usual inflow through the Corsica Channel, and exceptionally causing AWto reach the Ligurian Sea

La Méditerranée Nord-Occidentale, ou bassin Liguro-Provençal, est l'un des rares sièges de la convection océanique profonde. Ce phénomène localisé et intermittent est l'un des principaux modes d'interaction de l'océan profond avec le système climatique. Il est d'une importance primordiale pour la redistribution verticale de chaleur, de dioxyde de carbone et d'éléments biogéochimiques par l'océan, et donc pour le climat et la biologie marine. Le travail de thèse s'inscrit dans le cadre du programme HyMeX, il vise à caractériser le phénomène de convection dans le bassin Liguro-Provençal à partir du cas d'étude de l'année 2012-2013 et à comprendre le rôle de la dynamique de méso-échelle et de la variabilité intrinsèque océanique qui en résulte sur la convection. Le travail de thèse a tout d'abord porté sur la caractérisation du phénomène de convection océanique profonde à partir des observations du cas d'étude 2012-2013. On a estimé le taux de convection hivernale et de restratification printanière et une Expérience de Simulation d'un Système d'Observations (OSSE) a été développée pour estimer l'erreur d'observation associée. On conclut à la validité des observations du réseau MOOSE pour estimer les taux de convection et de restratification sur la période 2012-2013. On caractérise la période comme exceptionnellement convective avec un taux de convection hivernal de 2.3±0.5Sv (1Sv=106m³/s) et on estime pour la première fois un taux de restratification printanière de 0.8±0.4Sv. Deux approches numériques novatrices ont été développées au cours de la thèse pour caractériser le rôle de la méso-échelle et de la variabilité intrinsèque océanique sur le phénomène de convection. On a implémenté l'outil de raffinement de maille AGRIF en Méditerranée Nord-Occidentale dans le modèle régional NEMOMED12 pour documenter l'impact de la méso-échelle sur la convection océanique profonde et sur la circulation thermohaline Méditerranéenne. On a de plus réalisé des simulations d'ensemble à état initial perturbé pour documenter l'impact de la variabilité intrinsèque océanique sur la convection. Après avoir extensivement évalué le réalisme de la convection dans le modèle numérique NEMOMED12 grâce aux données de 2012-2013, on étudie avec ce modèle l'impact de la variabilité intrinsèque océanique sur ce phénomène. Sur le cas d'étude comme sur la période historique 1979-2013, la variabilité intrinsèque océanique module largement la géographie du patch convectif, en particulier dans le domaine hauturier. Aux échelles climatiques, la variabilité intrinsèque module largement la variabilité interannuelle du taux de convection. En moyenne climatologique, elle module aussi la géographie de la convection, mais elle impacte marginalement son intensité et les propriétés climatiques des eaux profondes. Enfin, on étudie avec l'outil AGRIF l'impact de la dynamique de méso-échelle sur la convection profonde et sur la circulation thermohaline. Sur le cas d'étude de 2012-2013, la méso-échelle augmente le réalisme de la convection. On montre qu'elle augmente la variabilité intrinsèque de la convection. Sur cette période comme sur la période historique, elle diminue l'intensité moyenne de la convection et réduit les transformations des eaux profondes. On relie principalement son impact sur la convection à une modification de la circulation stationnaire marquée par un repositionnement et une intensification des courants de bord, et la présence d'un méandre stationnaire du Front Baléare. Par ailleurs, sur la période historique, les échanges avec le bassin Algérien sont intensifiés par la méso-échelle, ce qui modifie les propriétés climatiques des masses d'eau. On montre enfin que la signature de la méso-échelle en surface est susceptible d'impacter les échanges air-mer et donc le climat côtier voire régional Méditerranéen
The northwestern Mediterranean sea, also named the Liguro-Provençal basin, is one of the few places where ocean deep convection occurs. This localized and intermittent phenomenon is one of the main modes of interaction between the deep ocean and the climate system. It is of paramount importance for the vertical redistribution of heat, carbon dioxyde and biogeochemical elements, and therefore for climate and marine biology. The PhD has been carried out in the framework of HyMeX programme, it aims at characterizing the ocean deep convection phenomenon in the Liguro-Provençal basin from the year 2012-2013 case study and at understanding the role of mesoscale dynamics and of the resulting intrinsic ocean variability on deep convection. The PhD work has first focused on characterizing the ocean deep convection phenomenon from observations collected during the 2012-2013 case study. We estimated the winter deep convection and spring restratification rates and an Observing System Simulation Experiment (OSSE) was developed to estimate the associated observation error. We conclude on the validity of MOOSE network observations to estimate the deep convection and restratification rates in the period 2012-2013. We characterize the period as exceptionally convective with a winter deep water formation rate of 2.3±0.5Sv (1Sv=106m³/s) and we estimate for the first time a spring deep water restratification rate of 0.8±0.4Sv. Two novel numerical approaches were developped during the PhD to characterize the roles of mesoscale dynamics and of intrinsic variability in the deep convection phenomenon. We implemented AGRIF grid refinement tool in the northwestern Mediterranean Sea within NEMOMED12 regional model to document the impact of mesoscale on deep convection and on the Mediterranean thermohaline circulation. In addition, we carried out perturbed initial state ensemble simulations to characterize the impact of ocean intrinsic variability on convection. After extensively evaluating the realism of deep convection in NEMOMED12 numerical model thanks to the 2012-2013 observations, we study with this model the impact of intrinsic variability on deep convection. During the case study as well as in the 1979-2013 historical period, intrinsic ocean variability largely modulates the mixed patch geography, particularly in the open-sea domain. At climatic timescales, intrinsic variability modulates largely the deep convection rate interannual variability. On average over the historical period, it also modulates the mixed patch geography, but it impacts marginally its magnitude and the properties of the deep water formed. Finally, we study with AGRIF tool the impact of mesoscale dynamics on deep convection and on the thermohaline circulation. In the 2012-2013 case study, mesoscale improves the realism of the simulated convection. We show that it increases the deep convection intrinsic variability. In this period as well as during the 1979-2013 historical period, it decreases the mean deep convection rate and it reduces deep water transformations. We mainly relate its impact on convection to the modifincation of the stationary circulation characterized by a relocation and an intensification of boundary currents and the presence of a stationary Balearic Front meander. Also, in the historical period, exchanges with the Algerian basin are increased, which modifies water mass climatological properties. Finally, the surface signature of mesoscale is likely to alter air-sea interactions and the coastal to regional Mediterranean climate

Les données de la campagne océanographique SOMBA-GE2014, nous ont permis de mettre en évidence la présence des gyres algériens via des mesures de courant. Les radiales de température et salinité obtenues à travers le bassin ont permis la visualisation de l'influence des gyres algériens sur la répartition hydrologique. En effet des eaux levantines intermédiaires jeunes s'étendent depuis la veine d'eau remontant le plateau sarde vers l'intérieur du bassin algérien, sous forme de patchs. Des climatologies du cœur de la LIW et de WIW couvrant la période 1960 à 2017 dans le bassin Algéro-Provençal, ont été produites grâce à la base de données Méditerranéenne de profils de température et salinité et des nouvelles méthodes de détection. Un transport de LIW vers l'ouest, depuis la veine sud de la Sardaigne vers l'intérieur du bassin algérien en suivant la périphérie des gyres algériens est mis en évidence par cette climatologie et confirmé par la corrélation croisée du signal de refroidissement observé durant les années 80. L'estimation des tendances des caractéristiques de la LIW et WIW contribuent à documenter leur évolution. L'accélération du réchauffement observée dans tout le bassin à partir de 2010 est alarmante. Les observations par les gliders ont permis d'appuyer nos conclusions quant à l'efficacité des structures de méso et de sous-méso échelle pour le transport des masses d'eaux vers l'intérieur du bassin Algérien. En effet nous avons observé des parcelles de WIW, LIW et WMDW à l'intérieur du bassin Algérien dont les caractéristiques sont plus marquées que les eaux adjacentes
Data from the SOMBA-GE2014 oceanographic cruise, allowed us to highlight the presence of Algerian gyres via current measurements. The temperature and salinity sections obtained across the basin allowed the visualization of the influence of the Algerian gyres on the hydrological distribution. Indeed, young intermediate Levantine waters extend from Saridinian LIW vein towards the interior of the Algerian basin, in the form of patches. LIW and WIW core climatologies covering the period 1960 to 2017 in the Algerian-Provençal basin were produced using the Mediterranean database of temperature and salinity profiles and new detection methods. A westward transport of LIW from the southern vein of Sardinia to the interior of the Algerian basin following the periphery of the Algerian gyres is highlighted by this climatology and confirmed by the cross-correlation of the cooling signal observed during the 1980s. The estimation of trends of LIW and WIW characteristics help to document their evolution. The acceleration of warming observed throughout the basin from 2010 is alarming. Glider observations have supported our conclusions regarding the effectiveness of mesoscale and submesoscale structures for the transport of water masses into the interior of the Algerian basin. Indeed, we observed WIW, LIW, and WMDW parcels within the Algerian Basin with more pronounced characteristics than adjacent waters

La matiere particulaire dans l'ocean se presente sous la forme d'innombrables particules d'origine, tailles, constitutions et formes differentes. Ces particules sedimentent et transferent les substances de la surface vers le fond de l'ocean. Lors de leurs parcours, ces particules (qui sont carbonees, mais egalement riches en autres elements), interagissent avec l'eau environnante mais aussi avec d'autres particules. Ces interactions modifient la nature des particules en remettant certains elements en solution ou au contraire en precipitant d'autres elements. Par consequent, leur devenir dans la colonne d'eau joue un role tres important dans la biogeochimie de l'ocean. L'objectif de cette these est de contribuer a la comprehension et a la quantification des processus qui gouvernent le devenir des particules dans la colonne d'eau. Pour cela, nous avons effectue des mesures de traceurs inorganiques (aluminium, barium, calcium, manganese, thorium) en vue d'une etude comparative. Ces donnees proviennent d'echantillons de pieges a particules ou de filtres collectes au cours des programmes dyfamed (dynamique des flux atmospheriques en mediterranee) et eimeto iv (etude des metaux en traces oceaniques en mediterranee). D'une part nous avons etudie le comportement de ces traceurs lors de la dissolution in vitro d'agregats marins. Des lois de dissolution pour le barium et le manganese ont ete etablies. Puis, nous avons etudie l'evolution de traceurs lithogenique (aluminium) et biogenique (barium) a differentes profondeurs a l'aide d'un modele numerique decrivant les echanges entre les differents stocks particulaires et la phase dissoute dans la colonne d'eau. Une fois valide pour ces deux traceurs, ce modele a permis d'evaluer le poids

Ce travail constitue une étude préliminaire au développement d’un nouvel outil d’observation de la thermocline saisonnière de la Mer d’Iroise, la sismique réflexion. Une application inédite de cette technique à l’imagerie de structures océanographiques très peu profondes (z < 50 m) est réalisée. Dans un premier temps des règles de construction d’un dispositif sismique dédié à l’observation de telles cibles ont été définies à partir d’une réflexion théorique sur la mesure de sismique. Une évaluation de systèmes existants a ensuite été réalisée au travers de l’étude de 4 profils sismiques des campagnes GO, Carambar et Sigolo retraités spécifiquement, présentant des signaux aux mêmes profondeurs que la thermocline de l’Iroise. Ces dispositifs conventionnels apparaissent inadaptés à l’observation d’une cible océanographique superficielle, du fait i – d’un fort effet de filtre d’antenne lié à de grands offsets et longueurs de trace, et ii – de sources qui ne combinent pas puissance et fine résolution verticale. A partir de données océanographiques nouvelles acquises en Mer d’Iroise lors de la campagne Fromvar (été 2010), l’acquisition sismique a été modélisée, et les paramètres du dispositif idéal ajusté. Un système courts – offsets comprenant 4 flûtes de 6 traces de 1.8 m et un Sparker fournissant un signal de 400 Hz avec un niveau d’émission de 210 dB re 1 μPa @1m, a été proposé. Testé lors de la campagne ASPEX 2012, il a fournit une image de résolution latérale inédite de la thermocline saisonnière à 30 m de profondeur et de ses variations de fine échelle horizontale (quelques centaines de m à quelques km) causées par des ondes internes, au large de la Bretagne sud
This work is a preliminary study for the development of a new tool, marine seismic reflection, for the observation of the seasonal thermocline of the Iroise Sea. It is the first application of this technique to the observation of shallow oceanographic structures (z < 50 m). In order to define general requirements for the design of a seismic acquisition system suited to the imaging of such targets, the theory of the seismic measurement was first investigated. Four multi-channel seismic reflection profiles from the GO, Carambar and Sigolo cruises were then reprocessed and analyzed in order to assess the potential of conventional seismic systems. They were found ill suited to the imaging of shallow oceanographic structures, because of a high antenna filter induced by large offsets and seismic trace lengths, and sources that do not reconcile with the high level of emission and fine vertical resolution. New oceanographic data acquired in the Iroise Sea during the Fromvar 2010 cruise allowed simulation of the seismic acquisition, and the definition of optimal acquisition parameters for the imaging of the seasonal thermocline. Sea trials of this specifically designed system were performed during the ASPEX survey, conducted in early summer 2012. The seismic device featured: four seismic streamers, each consisting of 6 traces of 1.80 m.; a 1000 J SIG Sparker source, providing a 400 Hz signal with a level of emission of 210 dB re 1 μPa @1m. This survey captured the 15 m thick, 30 m deep seasonal thermocline in unprecedented detail, showing images of vertical displacements of horizontal wavelength of a several hundreds m to a few km , most probably induced by internal waves

Notre objectif est de contribuer à la compréhension du fonctionnement du système Méditerranéen grâce à la modélisation. Nous nous intéressons d'abord à la formation et au devenir des masses d'eau en Méditerranée nord-occidentale. L'influence de la résolution spatiale du modèle océanique est examinée lors de l'étude de la convection profonde au large pour une année réelle. Le rôle essentiel joué par les structures de méso-échelle dans la formation et le devenir de l'eau profonde est mis en évidence. La comparaison de simulations effectuées avec différents forçages atmosphériques permet de montrer l'influence de la résolution spatiale de ce forçage sur la modélisation de la convection, liée à l'importance des extrêmes atmosphériques. Puis nous examinons l'impact de la variabilité interannuelle atmosphérique et du changement climatique sur la formation d'eau dense sur le plateau du Golfe du Lion. Les volumes d'eau dense formée, exportée, et cascadant sont corrélés à la perte de chaleur atmosphérique hivernale. L'intensification de la stratification de la colonne d'eau d'ici la fin du XXIème siècle provoque une quasi-disparition du cascading. L'influence des processus physiques sur l'écosystème planctonique pélagique est examinée au moyen d'un modèle couplé hydrodynamique-biogéochimie. .
Our objective is to contribute to the understanding of the functioning of the Mediterranean system using modeling tools. We first study the formation and fate of water masses in the Northwestern Mediterranean Sea. The impact of the oceanic model spatial resolution on open-ocean deep convection modeling is examined through a real case study, and is related to the essential role played by the mesoscale structures in the formation and fate of deep water. The comparison of simulations performed under different atmospheric forcings enables to study the influence of the spatial resolution of this forcing on the modeling of deep convection and to underline the importance of atmospheric extremes. We then investigate the impact of interannual atmospheric variability and climate change on dense water formation over the Gulf of Lions shelf. The volumes of dense water formed over the shelf, exported and cascading into the deep ocean are well correlated with the winter atmospheric heat loss. The strengthening of the water column stratification between the XXth and the XXIst centuries induces a strong decrease of these volumes. We examine the impact of physical processes on the planktonic pelagic ecosystem using a coupled hydrodynamical - biogeochemical model. The study of a reference year enables to validate the model and to underline its defects. Primary production and respiration show a weak interannual variability, however, carbon exportation and net metabolism show a stronger variability. Finally, the warming of sea water due to climate change induces an increase of primary production by the end of the XXIth century, together with an enhancement of the microbial loop

La mer de Barents possède un écosystème particulièrement riche. Elle est affectée par le changement climatique actuel, comme le reste de l'Arctique. L'effet le plus visible et le plus connu est la réduction spectaculaire de la banquise. On examine dans cette thèse les répercussions de ces changements sur l'hydrologie et le phytoplancton en mer de Barents. Pour cela, on s'appuie sur la création d'une base de données historiques comprenant les paramètres hydrologiques et bio-géochimiques. Un modèle 3D bio-géochimique spécifique à l'écosystème arctique est aussi utilisé quand les observations sont manquantes. Enfin, les données satellites fournissent des séries temporelles de concentration de glace, de Chlorophyle-a...La mer de Barents est caractérisée par un front polaire séparant les eaux atlantiques issues des mers Nordiques des eaux arctiques dont la position est connue à l'ouest de 35°E. Nous avons pu montrer que ce front se sépare en deux branches dans l'Est du bassin: le front du Nord et le front du Sud. Ces fronts enferment les eaux de la mer de Barents qui se forment en hiver. Un doublement du volume des eaux atlantiques (une " Atlantification " de la mer de Barents), a aussi été mise en évidence. Elle accompagne un déplacement des fronts Nord et Sud vers le Nord-est. Le volume des eaux de la mer de Barents reste inchangé.Ces changements, affectant l'hydrologie et la glace de Mer, ont un impact significatif sur le phytoplancton. Les deux efflorescences qui le caractérisent ont lieu plus au Nord et à l'Est. La biomasse totale annuelle a augmenté de 40% lors des deux dernières décennies. Ce travail montre que les conditions de glace de mer et la structure frontale sont les paramètres clefs dirigeant la variabilitéinter-annuelle du phytoplancton
The Barents Sea has a particularly rich ecosystem. This is an Arctic region subject to intense climate changes. The drastic decrease in sea ice cover is the most visible effect. What are the impacts of these climatic changes on the hydrology and phytoplankton? In order to answer these questions, this thesis relies on the creation of an extensive historical database of physical and bio-geochemical parameters. A 3D bio-geochemical model with an Arctic specific ecosystem is used when observations are lacking. At least, remote sensing data provides valuable time series of Ice concentration, Chlorophyll-a... The Polar Front, separating the Atlantic Water coming from the Nordic Sea from the Arctic Water, is the principal feature of the Barents Sea region. Its position is known west of 35°E, but we showed that the polar front splits into two branches in the East part of the Barents Sea: the "Southern Front" and the "Northern Front". They enclose the winter locally formed Barents Sea Water. An “Atlantification”, illustrating a doubling of the Atlantic Water volume, has been evidenced and goes along with a North-eastward shift of the fronts. These hydrological and sea ice changes have a significant impact on the phytoplankton development. The two blooms of the Barents Sea occur further North and East with a 40% total anual biomass increase for the last two decades. This study suggests that the winter sea ice conditions and the frontal structure are the key mechanisms driving the inter-annual phytoplankton variability

Les eaux du gyre subtropical du Pacifique sud sont majoritairement transportées vers l'ouest par le Courant Equatorial Sud (SEC) situé entre 2°S et 30°S. Se dirigeant vers l'équateur via les courants de bord ouest, les eaux de thermocline (∼300 m de profondeur) ont notamment été identifiées comme contribuant à la modulation basse fréquence du phénomène climatique El Niño-Oscillation Australe (ENSO). Initialement large et zonal, le SEC se divise en plusieurs jets et courants de bord ouest à la rencontre des archipels de Fidji (18◦ S-180◦ E), du Vanuatu (16◦ S-168◦ E), de la Nouvelle Calédonie (22◦ S-165◦ E) et des côtes australiennes. Entre 10◦ S et 20◦ S, ces eaux entrent en mer de Corail sous la forme de deux jets zonaux: le Jet Nord Calédonien (18◦ S-16◦ S) et le Jet Nord Vanuatu (14◦ S-11◦ S). Dans cette thèse, nous nous sommes consacrés à documenter la circulation océanique à l'aide de données hydrologiques issues de campagnes océanographiques (1993-2010) en adoptant deux méthodes d'inversion: le " modèle inverse en boite " et l'" analyse multi-paramétrique optimale ". Nous avons ensuite abordé la variabilité interannuelle pour replacer ces analyses et déterminer les impacts sur la circulation. Dans la première partie, nous avons étudié des situations synoptiques afin de mettre en évidence le Courant Est Calédonien alimentant le Jet Nord Calédonien. Ces deux courants similaires sont fins (100 km) et profonds (0-1000 m) et transportent environ 15 Sv (1 Sverdrup = 106 m3.s-1). Plus au nord, le Jet Nord Vanuatu est plus large (∼300 km) et moins profond (0-500 m); il transporte environ 20 Sv. Ces eaux se dirigent vers l'Australie où elles alimentent la mer des Salomon par l'intermédiaire du Sous-courant Côtier de Nouvelle Guinée estimé à 30 Sv. Ces analyses, au cours desquelles nous avons appliqué la méthode du modèle inverse en boite, montrent que ces structures de courants sont caractérisées par les propriétés des masses d'eau. Dans une deuxième partie, à l'aide d'une analyse multi-paramétrique optimale avec les paramètres (T, S, et O2), nous nous sommes focalisés sur les masses d'eau en établissant un lien avec la circulation dynamique. Nous avons mis en évidence le tra jet et le mélange des eaux intermédiaires et des eaux de thermocline. Dans la thermocline, l'alimentation du Sous-courant Côtier de Nouvelle Guinée est essentiellement assurée par les masses d'eau transportées par le Jet Nord Vanuatu, tandis que les eaux intermédiaires sont issues du Jet Nord Calédonien. Cette vision complémentaire de la circulation océanique alimentant la bande équatoriale montrent que les eaux intermédiaires sont principalement transportées par les courants profonds tandis que les eaux de thermocline sont issues majoritairement du Jet Nord Vanuatu. Dans une troisième partie, la variabilité de la circulation océanique est analysée sur la période 1993-2010 à l'aide d'une simulation numérique au 1/10◦ et d'une méthode de reconstruction de profils hydrologiques utilisant les données satellitaires. Nous montrons que la variabilité interannuelle du SEC suit de trois mois le phénomène ENSO, et qu'elle est dominée par la variabilité du Jet Nord Vanuatu. Contrôlée par les vents, la variabilité du SEC est associée à une modulation de la pente de la thermocline, qui induit une intensification de 6 ± 4 Sv suite à un évènement El Niño et un ralentissement de 4 ± 4 Sv après un évènement La Niña. Nous montrons également que la modulation de la thermocline entraîne l'apparition d'anomalies de température et de salinité, susceptibles d'être transmises vers la bande équatoriale. Ce travail de thèse a ainsi permis d'augmenter la compréhension de la circulation régionale et fournit de nouvelles pistes d'investigations pour l'étude de la dynamique de la mer de Corail.

La mer de Barents possède un écosystème particulièrement riche. Elle est affectée par le changement climatique actuel, comme le reste de l'Arctique. L'effet le plus visible et le plus connu est la réduction spectaculaire de la banquise. On examine dans cette thèse les répercussions de ces changements sur l'hydrologie et le phytoplancton en mer de Barents. Pour cela, on s'appuie sur la création d'une base de données historiques comprenant les paramètres hydrologiques et bio-géochimiques. Un modèle 3D bio-géochimique spécifique à l'écosystème arctique est aussi utilisé quand les observations sont manquantes. Enfin, les données satellites fournissent des séries temporelles de concentration de glace, de Chlorophyle-a...La mer de Barents est caractérisée par un front polaire séparant les eaux atlantiques issues des mers Nordiques des eaux arctiques dont la position est connue à l'ouest de 35°E. Nous avons pu montrer que ce front se sépare en deux branches dans l'Est du bassin: le front du Nord et le front du Sud. Ces fronts enferment les eaux de la mer de Barents qui se forment en hiver. Un doublement du volume des eaux atlantiques (une " Atlantification " de la mer de Barents), a aussi été mise en évidence. Elle accompagne un déplacement des fronts Nord et Sud vers le Nord-est. Le volume des eaux de la mer de Barents reste inchangé.Ces changements, affectant l'hydrologie et la glace de Mer, ont un impact significatif sur le phytoplancton. Les deux efflorescences qui le caractérisent ont lieu plus au Nord et à l'Est. La biomasse totale annuelle a augmenté de 40% lors des deux dernières décennies. Ce travail montre que les conditions de glace de mer et la structure frontale sont les paramètres clefs dirigeant la variabilitéinter-annuelle du phytoplancton
The Barents Sea has a particularly rich ecosystem. This is an Arctic region subject to intense climate changes. The drastic decrease in sea ice cover is the most visible effect. What are the impacts of these climatic changes on the hydrology and phytoplankton? In order to answer these questions, this thesis relies on the creation of an extensive historical database of physical and bio-geochemical parameters. A 3D bio-geochemical model with an Arctic specific ecosystem is used when observations are lacking. At least, remote sensing data provides valuable time series of Ice concentration, Chlorophyll-a... The Polar Front, separating the Atlantic Water coming from the Nordic Sea from the Arctic Water, is the principal feature of the Barents Sea region. Its position is known west of 35°E, but we showed that the polar front splits into two branches in the East part of the Barents Sea: the "Southern Front" and the "Northern Front". They enclose the winter locally formed Barents Sea Water. An “Atlantification”, illustrating a doubling of the Atlantic Water volume, has been evidenced and goes along with a North-eastward shift of the fronts. These hydrological and sea ice changes have a significant impact on the phytoplankton development. The two blooms of the Barents Sea occur further North and East with a 40% total anual biomass increase for the last two decades. This study suggests that the winter sea ice conditions and the frontal structure are the key mechanisms driving the inter-annual phytoplankton variability

L'étude de la circulation dans le bassin Est de la Mer Méditerranée a été abordée par une analyse conjointe de simulations numériques réalisées avec un modèle à très haute résolution horizontale, de climatologies et d'observations in-situ et satellitaires. Une validation approfondie du modèle montre un bon accord entre les différentes masses d'eau. La circulation de surface est, elle aussi, en bon accord avec les schémas de circulation récents. Ainsi, la majeure partie de l'eau atlantique suit la côte africaine et forme un jet côtier intense au niveau de la côte libyenne, plutôt que le Mid Mediterranean Jet décrit il y a quelques années par plusieurs auteurs. Les structures de mésoéchelle bien répertoriées (tourbillons d'Egypte, Ierapetra, ...)sont également correctement reproduites. En accord avec des observations par satellite, le modèle montre que des tourbillons de mésoéchelle très énergétiques dominent la circulation de surface dans le sud du bassin Levantin. Les tourbillons de mésoéchelle sont plus énergiques en été qu'en hiver dans l'ensemble du bassin. Les simulations permettent en outre une analyse détaillée du cycle de vie de ces tourbillons et comment ils sont susceptibles d'affecter la circulation moyenne. Selon la position et le développement des tourbillons, des différents régimes de la circulation peuvent être reproduits. Notamment, les tourbillons du bassin Levantin (Tourbillons egyptiens, Lattaquié, Ierapetra) peuvent entraîner des blocages et bifurcations vers le large de l'inflow côtier d'eau atlantique de surface.

La variabilité de la circulation profonde en Atlantique Nord est étudiée dans le contexte du changement climatique à l’aide des traceurs transitoires halocarbonés (CFC-11, CFC-12, CFC-113 et CCI4). Des campagnes hydrographiques datant de 1991 à 2006 sont utilisées, d’une part pour étudier la formation de masses d’eau de l’Atlantique Nord : l’eau de la Mer de Méditerranée (MSW) et l’eau de la Mer du Labrador (LSW), et, d’autre part, pour étudier la variation des propriétés et du transport des masses d’eau profondes en Atlantique Nord. L’étude de la MSW montre la présence d’une masse d’eau peu oxygénée, avec une forte concentration de silicate dans le Golfe de Cadi caractéristique de l’eau Antarctique Intermédiaire, Elle entre dans la formation de la veine inférieure de la MSW. L’étude de la uLSW dan la Mer d’lmminger met en évidence la variabilité des sites de formation de cette eau, Elle se forme tous les ans en Mer du Labrador et peut s’étendre vers le nord au Sud Groenland (observé 2005). Elle se forme également en Mer d’lmminger en 2002 et 2005. Les eaux de la LSW présentent une forte variation depuis les années 1990. Il est observé un changement de régime des profondeurs de convection associé à une diminution du transport de CFC-1 1 due à cette eau. Les caractéristiques de l’eau de débordement du détroit du Danemark (DSOW) en Mer d ‘Imminger dépendent du mélange, notamment de la présence de l’eau de surface polaire. Finalement, l’étude des flux de CFC-11 au nord de la section Ovide met en évidence une diminution des échanges océan-atmosphère en 2006 due à une diminution de la couche de mélange, entraînant une diminution de l’assimilation de CO2
The North Atlantic deep circulation variability is studied regarding global change. The variability is assessed using halocarbonated tracers (CFC-11, CFC-1 2, CFC-113 and CC14) and studying hydrographic cruises spanning from 1991 to 2006. In this work, water mass formation (Mediterranean Sea Water and Labrador Sea Water) and North Atlantic deep water masses properties and transport variability are studied. First, in the Gulf of Cadiz, the presence of a old and high-silicate water, caracterized as Antarctic lntermediate Water, is observed. That water is seen as participating to the lower Mediterranean Sea Water out of the Gulf. The formation site of the upper Labrador Sea Water is observed wider than formerly considered. It forms every year in the central Labrador Sea, that zone, under certain conditions, extends to the north South of Greenland (2005). Under severe wintertime, deep convection can occur in the Imminger Sea as observed in this study in 1997 and 2002. Second, the variability of the Labrador Sea Water is high since the 90’s. A reduction of the maximal convection depth is observed, at the same time the CFC-1 1 transport decreased at the level of the LSW. The Denmark Strait Overflow Water variability observed in the lmminger Sea is linked to a change in proportion of different waters composing it, in particular the presence of Polar Surface Water. Finally the CFC-11 fluxes north of the North Atlantic show a diminution of the air-sea exchange above that area especially in 2006 due to a decrease of the winter mixed layer depth, supporting a decrease of the uptake of anthropogenic carbon in that area

Les tendances climatiques récentes montrent un réchauffement et un adoucissement des couches de surface dans la région du courant circumpolaire antarctique (ACC).Sur la même période, les vents d'ouest pilotant la circulation de l'océan Austral ont significativement augmentés. Cette augmentation est en partie liée à l'intensification du mode annulaire austral (SAM), principal mode de variabilité atmosphérique au sud de 20°S. Dans cette thèse, on s'intéresse à comprendre les effets de la tendance positive du SAM sur les propriétés des masses d'eau formées dans la région de l'ACC.A cette fin, on met en place une stratégie de simulations régionales couplées océan-glace de mer et forcées par une série de scénarios atmosphériques perturbés. Les scénarios atmosphériques sont construits à partir de réanalyses atmosphériques afin de décrire les différentes composantes (dynamiques et thermodynamiques) des changements liés au SAM.En réponse à l'intensification du SAM, les simulations montrent une forte salinisation de la couche de mélange océanique ainsi que des eaux modales (SAMW) et intermédiaires (AAIW).L'essentiel de ces changements peut être attribué aux composantes dynamiques du SAM. Dans les régions saisonnières englacées, les composantes thermodynamiques du SAM peuvent jouer un rôle important (en particulier en mer d'Amundsen et en mer de Weddell). Les simulations montrent également le rôle clef joué par la glacede mer dans la médiation des changements atmosphériques vers l'océan intérieur. Ces résultats de simulations suggèrent que le SAM ne serait pas le seul pilote des tendances climatiques récentes dans l'océan Austral
Recent climate trends show a warming and freshening of the surface layers in the region of the Antarctic Circumpolar Current (ACC). Over the same period, the westerlies driving the circulation of the Southern Ocean have significantly increased. This increase is partly due to the intensification of the Southern Annular Mode (SAM), the main mode of atmospheric variability south of 20°S. In this thesis, we are interested in understanding the effects of the positive trend of the SAM onto the properties of water masses formed in the region of the ACC. To do so, we implement a strategy of regional coupled ocean-sea ice simulations forced by a series of atmospheric disturbance scenarios.These scenarios are constructed from atmospheric reanalyses in order to describe the various components (dynamic and thermodynamic) of the changes related to the SAM. In response to the increase of the SAM, the simulations show a significant salinification of the ocean mixed layer and of the mode water (SAMW) and intermediate water (AAIW).Most of these changes can be attributed to the dynamic components of the SAM. In Seasonal Ice Zone, the thermodynamic components of the SAM can play an important part (especially in Amundsen Sea and Weddell Sea). The simulations also show the key role played by sea ice in mediating atmospheric changes toward the interior ocean.These simulation results suggest that SAM is not the only driver of recent climate trends in the Southern Ocean

L’objectif de cette thèse est d’apporter de nouvelles contraintes sur l’hydrologie de l’Atlantique Nord-Est et de la Méditerranée occidentale depuis la dernière période glaciaire à partir de l’analyse de la composition isotopique du Nd (εNd) dans des échantillons d’eau de mer ainsi que des coraux profonds et des foraminifères, prélevés dans des carottes sédimentaires marines. Les changements de l’hydrologie des masses d’eau intermédiaire (LIW, MSW, AAIW et masses d’eau intermédiaire des gyres subtropical et subpolaire) ont été plus particulièrement étudiés car leur rôle sur les transferts de sels en Atlantique Nord et in fine sur l’AMOC est actuellement mal contraint. Ce travail a été mené au cours des périodes de changements hydrologiques majeurs et abrupts de l’océan qui se sont produits lors des variations climatiques rapides de la dernière période glaciaire (événements d’Heinrich et cycles de Dansgaard-Oeschger) et lors du dépôt du Sapropel S1 en Méditerranée orientale. Dans un premier volet, nous avons amélioré la couverture spatiale des valeurs d’εNd des masses d’eau de l’Atlantique Nord-Est et de la mer d’Alboran, préalable indispensable pour restituer l’hydrologie passée de ces régions avec le traceur εNd. Nous avons ensuite mis en évidence un changement majeur du schéma de circulation de la Méditerranée occidentale durant la période de dépôt du sapropel S1, marquée par une forte réduction des masses d’eau de la Méditerranée orientale (LIW) au sud de la Sardaigne au profit de celles provenant du Golfe du Lion (WIW). Ce changement hydrologique ainsi que ceux qui s’opèrent en Méditerranée depuis la dernière période glaciaire ne sont pas associés à de fortes modifications des valeurs d’εNd de la LIW de la mer d’Alboran et de la mer des Baléares, suggérant une stabilité de la signature isotopique en Nd de la MOW au cours du temps. Ceci a permis, à partir d’un enregistrement d’εNd obtenus sur des coraux profonds du Golfe de Cadix, de mettre en évidence une contribution plus importante de l’AAIW plus radiogénique et donc une pénétration plus marquée en Atlantique Nord de cette masse d’eau lors des périodes de fortes réductions de l’AMOC, liées à la déstabilisation des calottes de glace de l’Hémisphère Nord
: The purpose of this thesis is to constrain the hydrology of the North-East Atlantic and western Mediterranean Sea since the last glacial period from neodymium isotopic composition (εNd) measured on seawater, cold water corals and foraminifera. In particular, hydrological changes of intermediate water masses (LIW, AAIW, MSW, mid-subtropical and subpolar gyre water) have been studied as their role on salt budget in North Atlantic and ultimately on AMOC are currently poorly constrained. This work has been conducted at times of major and abrupt hydrological changes that occurred during rapid climatic variations of the last glacial period (Heinrich and Dansgaard-Oeschger events) and during the last sapropel deposit (S1) in eastern Mediterranean Sea. In a first step, we have improved the spatial distribution of water masses εNd values in North-east Atlantic and Alboran Sea, what is an absolute prerequisite in order to track past hydrological changes in these areas with εNd proxy. Next, we have highlighted a major change of the western Mediterranean circulation pattern during the sapropel S1 deposit, which is marked south of Sardinia by a strong reduction of eastern-sourced water masses (LIW) in favor of western-sourced water masses (WIW). This hydrological change as well as those occurring in Mediterranean Sea since the last glacial period was not associated with strong modifications of εNd values in Alboran and Balearic Sea, suggesting a stability of Nd isotopic signature of MOW over the time. This has highlighted, from an εNd record obtained on cold water corals in the Gulf of Cadiz, an enhanced contribution of more radiogenic AAIW and therefore a stronger northward penetration in North Atlantic at times of reduced AMOC linked to iceberg discharges from Northern Hemisphere ice sheets

Les travaux ont été effectués sur le golfe du Lion. Ils présentent des résultats combinés de l'interprétation d'images de satellites, obtenues dans l'infrarouge thermique (capteur AVHRR) et dans le domaine visible (capteur CZCS) avec des connaissances historiques et des mesures recueillies simultanément en mer. Ils permettent, d'une part, d'estimer la forte variabilité spatio-temporelle de la zone de dilution rhodanienne, en particulier sous l'influence du vent local et du débit du fleuve, et, d'autre part, d'observer la formation hivernale d'eau profonde dans le golfe du Lion. L'évolution saisonnière des zones de production dans le golfe du Lion est suivie à l'aide d'images de la concentration relative en pigments chlorophylliens et de la température de la mer. Le traitement d'images du spectre visible du satellite METEOSAT II permet l'estimation mensuelle de l'éclairement solaire global au niveau de la mer.

Dans l'océan Arctique, la stratification est déterminée par la salinité, contrairement aux océans des latitudes moyennes qui sont stratifiés par la température. En d'autres termes, en Arctique, les eaux salées se retrouvent au fond, même si elles sont plus chaudes. La halocline de l'océan Arctique correspond à une couche épaisse de 100-200m avec de forts gradients verticaux de salinité et est située entre 100 et 350m de profondeur. Elle s'insère entre la glace de mer située en surface et la couche relativement chaude des eaux Atlantiques. La halocline isole ainsi la glace du réservoir de chaleur contenu dans la couche Atlantique sous-jacente, et constitue un élément clé pour le maintien de la couverture de glace de mer. Durant cette thèse, nous avons étudié l'évolution de la halocline de l'océan Arctique depuis 2007, en utilisant plusieurs outils : des mesures hydrographiques obtenues à partir de plateformes dérivantes autonomes ou de campagnes en mer, et les simulations du modèle numérique de haute résolution spatiale (« PSY4 »)
In the Arctic Ocean, stratification is determined by salinity, unlike the mid-latitude oceans which are stratified by temperature. In other words, in the Arctic, salty water ends up at the bottom, even if it is warmer. The halocline of the Arctic Ocean is a 100-200m thick layer with strong vertical salinity gradients and is located between 100 and 350m depth. The halocline lies between the sea ice at the surface and the relatively warm Atlantic water. The halocline thus insulates the ice from the heat reservoir contained in the underlying Atlantic layer, and is a key element for the maintenance of the sea ice cover. During this thesis, we studied the evolution of the Arctic Ocean halocline since 2007, using several tools: hydrographic measurements obtained from autonomous drifting platforms or from sea campaigns, and high spatial resolution numerical model simulations ("PSY4")

L'Antarctique et les mers l'entourant sont des zones centrales pour la régulation du climat terrestre ainsi qu'une des zones sujettes à de nombreuses modifications sous l'action du changement climatique. Malgré l'importance de cette région, celle-ci reste largement sous-échantillonnée par rapport au reste des grands bassins océaniques. La circulation océanique sur le pourtour antarctique conditionne la fonte des plateformes glaciaires flottantes et leur effet arc-boutant pour la calotte glaciaire dans son ensemble, ainsi que le stockage de chaleur profond lié à la circulation verticale des masses d’eaux. Ainsi, comprendre la circulation des masses d'eaux sur le pourtour antarctique est fondamental pour notre compréhension de la circulation océanique globale, et celle de la contribution de la calotte polaire antarctique à l'élévation du niveau des mers. Dans cette thèse j'étudie une mer se situant sur le pourtour antarctique : la mer de Weddell. Cette mer, en plus d’accueillir la plus volumineuse des plateformes glaciaires du pourtour antarctique, est également une des régions produisant un volume important d’eaux profondes. Cependant les processus d'interactions océan-cryosphère dans cette région sont encore mal compris. Certaines études ont montré que cet équilibre est subtil et que la mer de Weddell, en réponse au changement climatique, pourrait être drastiquement modifiée et connaître une importante fonte de la plateforme glaciaire et une réduction drastique de la formation d'eaux de fond. Cependant, tant que nos observations ne nous permettront pas de mieux comprendre les processus à l'œuvre, nous ne pourrons pas affiner notre compréhension de la mer de Weddell
Antarctica and its surrounding seas are an important area regarding the climate regulation as well as an region highly impacted by climate change. Despite the paramount importance of this region, it is still largely under sampled in comparison with the other oceanic basins. Oceanic circulation around the antarctic margins regulates ice shelves melts and their buttressing effect on the antarctic Ice sheet, as well as the deep heat storage induced by vertical water masses movements. Thus understading the water mass circulation around Antarctica is fundamental for our comprehension of the global oceanic circulation, as well as the contribution of the Antarctic ice sheet to the sea level rise. In this manuscript I propose a study of a region on the antarctic margins : the Weddell Sea. This sea is the home region of the largest of the antarctic ice shelf, it is also the region producing the most important volume of deep waters. However the ocean-cryosphere processes in this region as still poorly understood. Some studies showed a subtle equilibrium and that the Weddell Sea, in response to the climate change, could be deeply modified and lead to a important melt of the ice shelf and a drastic reduction of the deep water formation. However, as long as our observations don’t allow us the better understand the processes at work, we can not refine our understanding of the Weddell Sea

La réalisation d'observatoires biogéochimiques autonomes pour l'étude de la colonne d'eau dans l'océan ouvert et des écosystèmes chimiosynthétiques profonds est une étape primordiale dans l'acquisition de données océaniques pour une meilleure compréhension des écosystèmes. Nous nous intéressons ici à l'acide silicique et aux ions sulfure, composés clés de la chaîne alimentaire marine. Nous proposons une méthode de mesure voltamétrique des ions sulfure sur électrode d'argent ainsi qu'une mesure originale sans calibration basée sur la différence de solubilité entre le chlorure d'argent et le sulfure d'argent. Une méthode d'analyse de l'acide silicique autonome en réactifs est développée grâce aux molybdates et aux protons libérés lors de l'oxydation du molybdène. Ces développements analytiques ont permis de participer à la validation d'un potentiostat immergeable autonome, premier pas vers un capteur pour la mesure de ces paramètres in situ. En parallèle une analyse des masses d'eau du Passage de Drake est réalisée grâce aux données hydrographiques collectées pendant la campagne Drake ANT XXIII/3 en 2006
The implementation of in situ autonomous observatories for biogeochemical studies in the open ocean water column and in deep-sea chemosynthetic environments is crucial for the understanding of these ecosystems. We focussed this study on silicate and sulphide, two key compounds of the marine food chain. A voltammetric method for sulphide measurements on silver electrode is presented, and a new method for quantitative determination based on the solubility difference between silver chloride and silver sulphide is proposed. A completely reagentless method for silicate measurements is developed using molybdate and protons produced during molybdenum oxidation. These analytical developments allowed us to validate a submersible potentiostat, first step toward a new sensor for in situ measurements. A Drake Passage water masses analysis is also performed using data collected during the Drake ANTIII/3 oceanographic cruise in 2006

Les processus caractérisant la turbulence en Méditerranée Occidentale ont été identifiés et quantifiés à partir de données de microstructure. L'accent a été mis sur le Canal de Sicile, un hot-spot pour le mélange turbulent et une région clé pour les transformations de masses d'eaux. Il module le transport de chaleur et de sel entre les deux bassins, occidental et oriental, et on y retrouve une large gamme de régimes dynamiques. La turbulence y est produite par le fort cisaillement associé à l'écoulement des eaux Levantines intermédiaires (LIW) fortement contraint par la bathymétrie et par le déferlement des ondes internes de marée. Un fort contraste entre les deux passages profonds dans le canal a ainsi été observé. La variabilité de l'efficacité du mélange a été caractérisée en fonction des régimes dynamiques rencontrés et une paramétrisation fine échelle de la dissipation d'énergie cinétique turbulente a été validée pour des régimes d'intensité turbulente faible à modérée. Les flux diffusifs turbulents verticaux calculés à partir de mesures in-situ ont permis d'estimer les changements des propriétés des masses d'eaux dans le canal. L'analyse a ensuite été étendue à tous les profils récoltés dans le bassin occidental où le rôle relatif de la double diffusion et de la turbulence mécanique sur les flux de chaleur, salinité, flottabilité et l'érosion de la LIW, a été discuté
The processes characterising turbulence in the Western Mediterranean Sea were identified and quantified using microstructure measurements. The focus was on the Sicily Channel, a hotspot for turbulent mixing and a key region for water mass transformations. It modulates the heat and salt transport from the Eastern to the Western Mediterranean Basins and exhibits a large range of dynamical regimes. Turbulence is driven by the strong shear associated to the flow of Levantine Intermediate Waters (LIW) which is constricted by the bathymetry, and by internal wave breaking of tidal origin. A strong contrast was observed between the two deep passages in the channel. The mixing efficiency variability was investigated in the context of mechanically driven turbulence over a wide spectrum of turbulence intensities. A finescale parameterisation for the turbulent kinetic energy dissipation rate was validated for weak to moderate turbulence intensity. The vertical turbulent diffusive fluxes computed from the measurements allowed an assessment of the water mass property changes incurred in the channel. The analysis was extended to all the stations sampled in the Western Mediterranean, where the relative impact of double diffusion and mechanical turbulence on heat, salt and buoyancy fluxes, as well as on the LIW, was investigated