Dissertations / Theses on the topic 'Forage océanique'

La structure de la croute superieure est etudiee a differentes echelles, a partir de mesures physiques in situ issues principalement du puits dsdp/odp 504b (pacifique equatorial oriental). Ce puits a joue un role preponderant puisqu'il reste a ce jour le plus profond (2111 m) realise dans la croute oceanique. Les mesures obtenues dans le puits 504b ont notamment permis une description continue des proprietes physiques des formations traversees. Les images electriques haute-resolution (fms) de l'ensemble effusif du puits 504b sont tout d'abord interpretees en terme de lithostratigraphie fine. Un nouveau log lithostratigraphique continu est ainsi etabli permettant par exemple d'estimer l'epaisseur moyenne des coulees basaltiques constituant la section volcanique (0,50,1 m). Dans ce contexte, le volume de laves mis en place pendant un cycle volcanique est estime a 0,60 ( 0,30) km#3/m de dorsale, ceci en prenant en compte les parametres d'accretion a l'axe de la dorsale. Les images fms obtenues dans l'ensemble du puits 504b sont ensuite interpretees en terme de fracturation. 34 500 fractures dans le puits 504b et 8 500 fractures dans le puits voisin odp 896a (situe a 1 km au sud du puits 504b) ont ete cartographiees a partir des images fms. L'analyse de la fracturation dans le puits 504b a permis d'indetifier de nombreux plans de failles (32) et trois zones intensement fracturees (400-575 msfo, 800-1100 msfo, 1700-2111 msfo). L'analyse de la fracturation dans le puits 896a permet d'identifier 10 plans de failles. Cette fracturation est tres similaire a celle decrite dans l'intervalle allant de 400 a 575 msfo dans 504b. L'ensemble des plans et fractures identifiees dans les deux puits ont un plongement moyen de 180n. Bien que l'analyse des carottes soit essentielle pour l'etude des processus tectoniques et hydrothermaux, la densite de fracturation a partir des carottes est sous-estimee dans le cas de la croute oceanique. L'integration des donnees issues des images fms, des profils geophysiques et de la description des carottes ont permis d'etudier d'une facon detaillee la dynamique de ces zones de failles. Cette dynamique est liee a l'evolution dans le temps et dans l'espace de la circulation des fluides et du champ de contraintes. Nous deduisons que le site 504 a d'abord subi un regime de contraintes extensif pres de l'axe associe a une circulation de fluides a hautes temperatures (200 a 400c) et resultant une alteration des basaltes au sein des fractures subverticales. Cette phase initiale a engendre la zone de faille principale (de 800 a 1100 msfo) rencontree dans le puits 504b. Cette deformation semble toujours active legerement hors-axe, avec l'apparition de parageneses d'alteration (ex. Zeolites) a basses temperatures (inferieures a 250c). Cette phase de deformation est a l'origine de la zone de failles rencontree entre 400 et 575 msfo dans le puits 504b. Le regime de contraintes compressif actuel dans la partie superieure du socle est considere comme etant a l'origine de la fracturation subhorizontale presente dans les intervalles de deformations metriques identifies dans les zones de failles principales et inferieures du puits 504b. Si les zones de decoupage subhorizontal apparaissent comme des zones d'ecrasement dans les ophiolites, alors le champ de contrainte compressif pourrait etre a l'origine des rotations des blocs selon un axe parallele a l'axe de la dorsale decrites par la sismique. Dans ce contexte, les zones de failles principales et inferieures rencontrees dans le puits 504b semblent donc similaires aux zones d'ecrasement decrites dans les ophiolites. La structure de la croute foree aux sites 504 et 896 permet de mettre en evidence la rythmicite des processus d'accretion actifs a l'axe de la dorsale. Cette structure est caracterisee par une grande heterogeneite des proprietes mecaniques, ce qui implique un comportement en terme de deformation qui ne peut etre decrit a l'aide des modeles classiques.

Ce travail s'appuie sur les résultats des deux campagnes de forage du Leg Ocean Drilling Program 190 et 196. L'étude des relations entre la mise en place de déformations et les circulations de fluides est plus particulièrement centrée sur le décollement, au front du prisme. Nous présentons d'abord une estimation de la surpression de fluides dans les formations sédimentaires autour du décollement à partir de l'étude des profils de porosité. Ceci nous permet de montrer que le décollement n'est pas une barrière pour les surpressions de fluides et de proposer que le saut de porosité au niveau du décollement résulte d'une discontinuité de l'état de contrainte au travers du décollement. Nous étudions ensuite l'anomalie de chlorinité présente dans les fluides interstitiels de la formation dans laquelle se développe le décollement. On peut rendre compte de cette anomalie en ne considérant que les processus de compaction des argiles et de transformation des smectites en illites. Par ailleurs, nous avons mesuré la perméabilité d'échantillons du prisme sous contraintes avec une presse triaxiale, nécessaire pour la réalisation de simulations numériques de circulation de fluides. Les perméabilités mesurées sont comprises entre 10^(-18) et 10^(-19) m^2. Nous comparons les mesures de porosité des échantillons et la porosité calculée dans la formation in situ à partir d'un log de résistivité. Cela nous permet de montrer que la zone de décollement présente à la fois des déformations compactantes et dilatantes. Nous estimons la dilatance de fracture du décollement entre 2 et 8 %, et nous proposons un modèle incrémentiel de propagation du décollement par couplage hydromécanique. Enfin, nous présentons une étude numérique en 2D de la propagation d'ondes de surpression de fluide le long du décollement en supposant que la perméabilité dépend de la pression effective. Les ondes peuvent se propager rapidement le long du décollement<br>This work is based on the results of the two recent 190 and 196 Ocean Drilling Program Legs. We center our study of the relationships between the onset of strains and fluid circulation in the decollement at the toe of the wedge. We first present an estimation of the fluid pressure in the formations above and below the decollement, from the study of the core measured porosity. It shows that the decollement is not a barrier for the fluid pressure, and we propose that the porosity discontinuity at the decollement is the result of a discontinuity of the Stress state across the decollement. Then, we study the fluid chlorinity anomaly in the Shikoku Basin around the décollement. We show that this anomaly can be explained by clay compaction and smectite to illite transformation. We have also realized permeability measurements on wedge samples under Stress with a triaxial press. These measurements are necessary to realize numerical simulations of the fluid circulation in the wedge. The measured permeabilities range between 10^(-18) and 10^(-19) m^2. Samples rupture induces a permeability increase at low confining stress, but no permeability modification at a confining stress corresponding to the sample in-situ vertical stress. Next, we present a comparison of the core measured porosity and the porosity of the formation calculated from a resistivity log. We show that the decollement zone presents both compactive and dilatant strain structures. We estimate the fractures dilatancy of the decollement zone between 2 and 8 %. We propose an incremental model of decollement propagation coupling episodic fluid pressure transfer and mechanical deformation at the tip of the decollement. Finally, we present a 2D numerical study of the fluid pressure solitary , wave propagation along the decollement, supposing an effective pressure dependant permeability in the decollement zone. We show that the pressure waves can propagate rapidly along the decollement

La croute océanique formée aux dorsales lentes a une composition hétérogène. Pour expliquer sa formation, il est nécessaire d’invoquer des processus d’interactions magma-roche. Afin de contraindre la contribution des processus de cristallisation et d’interaction magma-roche sur le budget géochimique et l’architecture de la croute océanique hétérogène, j’ai étudié deux séquences gabbroiques échantillonnées in situ à l’Atlantis Massif (AM, 30°N, Dorsale Médio-Atlantique, MAR) et l’Atlantis Bank (AB, 57°E, Dorsale Sud-Ouest Indienne, SWIR). J’ai effectué (i) une étude multi-échelle pétro-structurale et géochimique, combinée à une modélisation numérique, de gabbros primitifs forés à l’AM, et (ii) une étude pétrographique et géochimique de gabbros à olivines forés à l’AB. La croute océanique inférieure hétérogène échantillonnée au Site U1309 (AM) présente des troctolites riches en olivines (Ol-T). Elles se distinguent par des olivines partiellement dissoutes, relativement riches en Fo et en Ni, ainsi que par la co-précipitation de clinopyroxènes riches en Mg et de plagioclases. Ces caractéristiques suggèrent que les Ol-T sont le résultat de l’imprégnation d’un protolithe riche en olivines par un magma sous-saturé en olivine. Les profils géochimiques plats entre les minéraux adjacents suggèrent que la composition du protolithe a été modifiée par le magma entrant. Pourtant, le Ni, Li et Co montrent des compositions extrêmement variables à Mg# de l’olivine constant, ce qui suggère qu’ils préservent la signature géochimique du protolithe. La modélisation géochimique indique que ces variations sont héritées d’une hétérogénéité dans les harzburgites U1309. Les expériences en laboratoire ont démontré que la distribution de magma en milieux poreux est contrôlée par la composition modale de la roche percolée. La distribution hétérogène d’orthopyroxène dans le protolithe mantellique contrôle la quantité de magma entrant, et ainsi la quantité d’olivine dissoute, comme indiqué par les variations modales et compositionnelles observées dans les Ol-T à l’AM. La modélisation géochimique indique que la formation des Ol-T peut être expliquée par la percolation de magma et l’assimilation de 5% de protolithe mantellique. Une conséquence de ce processus de réaction est le décalage des compositions du magma à l’AM vers de cristallisation fractionnée apparentes à haute pression. Pourtant, aucune signature géochimique de haute pression n’est observée dans les MORBs à l’AM, alors qu’elles sont observées dans les MORBs d’une portion amagmatique de la SWIR (61°-67°E). La croute océanique à l’AB est faite de gabbros à olivines (75%) et de gabbros à oxides (20%), et par endroits intensément déformée. Les études préliminaires ont mis en évidence des textures indiquant l’assimilation de plagioclase par un magma d’imprégnation, ainsi que la cristallisation de clinopyroxène. Les gabbros à olivines montrent des compositions relativement évoluées. Des études précédentes des gabbros à olivines de l’AB ont montré que leur formation peut être attribuée à l’assimilation de la croute océanique par un magma saturé en clinopyroxène. Les études de l’AM et de l’AB révèlent des processus d’interactions magma-roche associés au transport de magma dans la croute océanique inférieure. Des caractéristiques texturales et géochimiques similaires ont été documentées à Kane (24°N, MAR) et dans les ophiolites Alpines-Apennines. Elles indiquent que les interactions magma-roche sont omniprésentes et contribuent à façonner la croute océanique inférieure aux dorsales lentes. L’étude de roches gabbroiques forées à Hess Deep suggèrent que les interactions magma-roche interviennent également aux dorsales rapides. Le transport réactif de magma dans la croute océanique joue un rôle majeur dans le processus de formation de la croute océanique dans son ensemble. Leur contribution dans la composition des MORBs est probablement contrôlée par la production de magma durant la remontée mantellique<br>At slow-spreading mid-ocean ridges the lower oceanic crust is extremely heterogeneous, and its formation must be related to some extents of melt-rock interactions. To constrain the relative contribution of crystallization processes and melt-rock interactions on the geochemical budget and architecture of the slow-spread oceanic crust, I investigated two gabbroic sequences sampled in situ at the Atlantis Massif (AM, 30°N, Mid-Atlantic Ridge, MAR) and the Atlantis Bank (AB, 32°S, 57°E, Southwest Indian Ridge, SWIR), where gabbros are exposed by long-lived detachment faults. I performed (i) a multi-scale petro-structural, geochemical and numerical modeling study of primitive gabbroic rocks drilled at the AM, and (ii) a petrographic and geochemical study of olivine gabbros recovered at the AB. AM was drilled during IODP Expeditions 304/305. The heterogeneous lower oceanic crust recovered at Site U1309 presents discrete intervals of olivine-rich troctolites (Ol-T). They are distinguished by partially dissolved olivines with relatively high Fo (86) and Ni contents (&gt;2000 ppm), and they are characterized by the co-precipitation of high Mg# (86-88) clinopyroxene and plagioclase. These characteristics suggest that Ol-T result from impregnation of an olivine-rich protolith by a melt undersaturated in olivine. The flat geochemical profiles across olivine and adjacent minerals suggest that the composition of the protolith was modified by this impregnating melt. Yet, Ni, Li and Co display extremely variable compositions at constant olivine Mg#, suggesting that they retain the signature of the precursor material. Modeling indicates that these chemical variations are likely inherited from the U1309D harzburgites. Experiments show that the melt distribution and paths in a porous media is controlled by the mineral modes of the host rock. The heterogeneous distribution of orthopyroxene in the precursor harzburgitic mantle locally drives the abundance of impregnating melt, leading to different extents of olivine dissolution, as evidenced by variations in mineral modes and chemistry of the AM Ol-T. Geochemical modeling indicates that the melt percolation and assimilation of about 5% of a mantle protolith can explain the formation of the Ol-T. One consequence of this reactive process in Hole U1309D is the shift of melt compositions toward apparent high pressure fractionation. However, no high pressure chemical signature is observed in MORBs from the AM, while it is recorded in MORBs from the nearly amagmatic region along the SWIR (61°-67°E). AB was drilled during IODP Expedition 360. The recovered lower oceanic crust is dominated by olivine gabbros (75%) and oxide gabbros (20%). The section is in places intensively deformed. Shipboard studies have documented textures of plagioclase assimilation by an invading melt crystallizing clinopyroxene. Compositions of olivine gabbros reach relatively evolved signature (Yb = 3-10 x C1-chondrite; MORB Yb = 19). Previous studies on olivine gabbros from AB showed that their formation can be ascribed to assimilation of an oceanic crust by clinopyroxene-saturated trace element enriched melts. The study of AM and AB reveals melt-rock interactions and mineral assimilation associated to melt transport through the accreting lower oceanic crust. Similar textural and chemical features are observed at Kane (24°N, MAR) and in ophiolite complexes (e.g., Alpine and Appennine ophiolites). These evidences indicate that melt-rock interactions are probably ubiquitous, and contribute to shaping the slow-spread lower oceanic crust. The characterization of gabbroic rocks drilled at Hess Deep suggests that melt-rock interactions may take place also at fast-spreading ridge. Melt transport and associated mineral assimilation processes likely play a major role in the building of the oceanic crust overall. Their contribution to the formation of MORB is likely controlled by melt productivity in the upwelling mantle

Cette thèse concerne l'étude du message magnétique de la lithosphère océanique. Nous nous sommes, dans un premier temps, intéressés à l'évolution du signal magnétique à travers une section de croûte océanique complète et continue des basaltes jusqu'aux gabbros. Le but était de comprendre comment les propriétés magnétiques des roches peuvent nous renseigner sur les conditions d'altération dans la croûte océanique. Nous avons donc établi un jeu de données magnétiques (température de Curie, paramètres d'hystérésis, mesures magnétiques basse température) sur l'ensemble de la section de croûte océanique forée au site IODP 1256D, dans l'océan Pacifique. Ces données sont confrontées aux températures d'altération, établies par thermo barométrie et mettent en évidence une étroite relation entre l'altération des phases magnétiques et les températures d'altération. De plus, des analyses semi-quantitatives et des observations microscopiques (optique, MEB et MET) mettent en évidence un changement de structure cristalline, associée à une perte de titane, permettant la formation d'une phase secondaire, l'hydroschorlomite, dans un intervalle de forte altération des phases magnétiques (entre 670 et 1028 mbsf (meters below sea floor)). Dans un second temps, l'acquisition de profils d'anomalies magnétiques marines de surface et d'un profil d'anomalies de fond " deep tow " à travers le superchron du Crétacé (entre 83 et 120 Ma) nous a permis de tester la stabilité de polarité du champ géomagnétique durant cette période. Nous mettons en évidence la présence d'anomalies magnétiques : des anomalies de courtes longueurs d'onde ou " tiny-wiggles " à travers l'ensemble du superchron et des anomalies magnétiques de plus grande longueur d'onde, assimilables à de courts intervalles de polarité inverse. Nos mesures montrent que le comportement du champ magnétique durant le superchron n'est pas différent des périodes qui le précèdent (chrons M0-M1-M2) et le suivent (chrons 33n et 33r). La définition de superchron doit être remise en question.

L'upwelling du Sud Vietnam (SVU) joue un rôle clef dans la dynamique océanique et la productivité biologique en Mer de Chine du Sud. Cette thèse vise à quantifier la variabilité interannuelle du SVU et identifier les facteurs et mécanismes en jeu. Pour cela, un jeu de simulations numériques pluri-annuelles à haute résolution a été utilisé. Le réalisme du modèle a été évalué et optimisé par comparaison aux observations in-situ et satellites. Les résultats montrent que la grande variabilité du SVU est fortement pilotée par le rotationnel du vent estival, et liée à l'oscillation ENSO via son impact sur le vent. Cependant, cette influence du vent est significativement modulée par la variabilité intrinsèque océanique liée aux interactions entre la vorticité associée aux tourbillons océaniques et le vent, et dans une moindre mesure par la circulation océanique de grande échelle et les fleuves. Ces conclusions sont robustes aux choix effectués pour corriger la dérive de surface du modèle<br>The summer South Vietnam Upwelling (SVU) is a major component of the South China Sea circulation that also influences the ecosystems. The objectives of this thesis are first to quantitatively assess the interannual variability of the SVU in terms of intensity and spatial extent, second to quantify the respective contributions from different factors (atmospheric, river and oceanic forcings; ocean intrinsic variability OIV; El-Niño Southern Oscillation ENSO) to the SVU interannual variability, and third to identify and examine the underlying physical mechanisms. To fulfill these goals we use a set of sensitivity eddy-resolving simulations of the SCS circulation performed with the ROMS_AGRIF ocean regional model at 1/12° resolution for the period 1991-2004. The ability of the model to realistically represent the water masses and dynamics of the circulation in the SCS and SVU regions was first evaluated by comparison with available satellite and in-situ observations. We then defined a group of sea-surface-temperature upwelling indices to quantify in detail the interannual variability of the SVU in terms of intensity, spatial distribution and duration. Our results reveal that strong SVU years are offshore-dominant with upwelling centers located in the area within 11-12oN and 110-112oE, whereas weak SVU years are coastal-dominant with upwelling centers located near the coast and over a larger latitude range (10-14oN). The first factor that triggers the strength and extent of the SVU is the summer wind curl associated with the summer monsoon. However, its effect is modulated by several factors including first the OIV, whose contribution reaches 50% of the total SVU variability, but also the river discharge and the remote ocean circulation. The coastal upwelling variability is strongly related to the variability of the eastward jet that develops from the coast. The offshore upwelling variability is impacted by the spatio-temporal interactions of the ocean cyclonic eddies with the wind stress curl, which are responsible for the impact of the OIV. The ocean and river forcing also modulate the SVU variability due to their contribution to the eddy field variability. ENSO has a strong influence on the SVU, mainly due to its direct influence on the summer wind. Those results regarding the interannual variability of the SVU are robust to the choice of the surface bias correction method used in the model. We finally present in Appendix-A2 preliminary results about the impacts of tides

Cette thèse concerne l’étude du message magnétique de la lithosphère océanique. Nous nous sommes, dans un premier temps, intéressés à l’évolution du signal magnétique à travers une section de croûte océanique complète et continue des basaltes jusqu’aux gabbros. Le but était de comprendre comment les propriétés magnétiques des roches peuvent nous renseigner sur les conditions d’altération dans la croûte océanique. Nous avons donc établi un jeu de données magnétiques (température de Curie, paramètres d’hystérésis, mesures magnétiques basse température) sur l’ensemble de la section de croûte océanique forée au site IODP 1256D, dans l’océan Pacifique. Ces données sont confrontées aux températures d’altération, établies par thermo barométrie et mettent en évidence une étroite relation entre l’altération des phases magnétiques et les températures d’altération. De plus, des analyses semi-quantitatives et des observations microscopiques (optique, MEB et MET) mettent en évidence un changement de structure cristalline, associée à une perte de titane, permettant la formation d’une phase secondaire, l’hydroschorlomite, dans un intervalle de forte altération des phases magnétiques (entre 670 et 1028 mbsf (meters below sea floor)). Dans un second temps, l’acquisition de profils d’anomalies magnétiques marines de surface et d’un profil d’anomalies de fond « deep tow » à travers le superchron du Crétacé (entre 83 et 120 Ma) nous a permis de tester la stabilité de polarité du champ géomagnétique durant cette période. Nous mettons en évidence la présence d’anomalies magnétiques : des anomalies de courtes longueurs d’onde ou « tiny-wiggles » à travers l’ensemble du superchron et des anomalies magnétiques de plus grande longueur d’onde, assimilables à de courts intervalles de polarité inverse. Nos mesures montrent que le comportement du champ magnétique durant le superchron n’est pas différent des périodes qui le précèdent (chrons M0-M1-M2) et le suivent (chrons 33n et 33r). La définition de superchron doit être remise en question<br>So we, in a first part, studied the evolution of the magnetic signal through a section of a, complete and continuous, oceanic crust, from basalts to gabbros. In order to understand how the magnetic properties of rocks can tell us about the conditions of alteration in the oceanic lithosphere, we established a set of magnetic data (Curie temperature, hysteresis parameters, low temperature magnetic measurements) through the entire section of the oceanic crust, drilled at IODP Site 1256D, in the Equatorial Pacific Ocean. These magnetic data are compared to alteration temperatures, determined by thermobarometry (Alt et al., 2010) and show a close relationship between the alteration of the magnetic phases and the alteration temperatures, including the identification of an interval of strong alteration of the titanomagnetites (between 670 and 1028 mbsf (meters below sea floor). In addition, semi quantitative chemical analysis and microscopic observations (optical, SEM and TEM), performed on titanomagnetites, show a change in crystalline structure and a loss of titanium element (Ti4 +) in titanomagnetites to form a secondary phase rich in titanium, in this same interval of strong alteration. In a second part, the acquisition of numerous sea-surface magnetic profiles and a high resolution magnetic profile ("deep tow") through the Cretaceous Normal Superchron (83-120 Ma), allowed us to test the stability of the geomagnetic polarity of the superchron and to highlight the presence of numerous magnetic anomalies: anomalies of short wavelength or "tiny-wiggles” through the entire period and magnetic anomalies of greater length wave, similar to short intervals of reverse polarity. Our measurements show that the behavior of the magnetic field during the superchron is no different from previous periods (chrons M0-M1-M2) and the following magnetic period (chrons 33n and 33R) and the definition of ‘superchron’, long geomagnetic event without inversions, must be questioned

Ce travail de thèse porte sur l'amélioration du forçage atmosphérique utilisé pour réaliser des simulations numériques inter-annuelles globales de l'état physique de l'océan durant les 5 dernières décennies. Après une étude détaillant et comparant le comportement<br />de diverses paramétrisations utilisées pour estimer les flux de surface servant de conditions limites, le modèle de circulation générale de l'océan et des glaces de mer NEMO est utilisé sur sa configuration à 2° de résolution pour valider des jeux de données atmosphériques spécialement destinés au forçage des modèles haute résolution du projet DRAKKAR. Ces jeux de données combinent, sur une période allant de 1958 à 2004, des champs atmosphériques de surface corrigés issus de ERA-40, une recalibration des radiations satellitaires de L'ISCCP ainsi que des précipitations incorporant différents produits globaux. Divers diagnostics confirment que ces nouveaux forçages mènent à une meilleure simulation de certaines caractéristiques clefs de la circulation océanique globale.

Depuis le lancement du satellite TOPEX/POSEIDON au début des années quatre-vingt-dix, nos connaissances des courants observables à la surface de l'océan se sont grandement développées. Cependant, de nombreuses interrogations les concernant demeurent, l'objectif de cette thèse est donc de contribuer à une meilleure compréhension de leurs dynamiques. Les structures de grande échelle (supérieures à environ 500 kilomètres) sont particulièrement bien représentées par l'altimétrie satellitaire et constituent donc le sujet principal de cette thèse. Nous nous sommes principalement posés les trois questions suivantes : quelle est la structure verticale des courants observés en surface ? Comment expliquer la répartition de l'énergie spectrale associée ? Et enfin : l'instabilité barocline (de grande échelle) peut-elle être une source d'énergie de ces courants ? Ce qui suit est une brève description des résultats obtenus et de la méthodologie employée. La première partie de la thèse traite de la structure verticale des anomalies de courant de grande échelle observées dans l'altimétrie. Un modèle simple, se basant sur les équations quasi géostrophiques linéarisées autour d'un état de repos, est utilisé pour calculer la solution sous la surface à l'aide de données altimétriques et de données de stratification moyenne. Son fonctionnement est évalué, tout d'abord à l'aide de simulations numériques, puis ensuite grâce à une base de données de courantomètres. Le modèle donne des résultats corrects aux basses latitudes, là où le courant moyen et la topographie ont une influence mineure sur les anomalies de grande échelle. La deuxième partie s'intéresse à la modification des relations de dispersion des ondes de Rossby libres par une topographie et un courant moyen, tous les deux horizontalement et verticalement variables. Des cas idéalisés sont dans un premier temps étudiés afin de mieux comprendre les effets respectifs de chaque champ, puis le calcul est effectué sur une zone de l'Atlantique Nord et comparé à la répartition de l'énergie spectrale telle qu'observée dans l'altimétrie satellitaire. Les résultats suggèrent que l'effet de ces champs variables sur la propagation de ces ondes, comme explication de l'énergie spectrale trouvée en dehors des relations de dispersion (jusque-là calculées pour des champs constants dans la littérature sur le sujet), ne peut pas être écarté. Dans la dernière partie les modes instables et grande échelle de la circulation moyenne sont étudiés localement, dans des cadres idéalisés. Le calcul local est ensuite effectué, grâce à des données de la circulation moyenne, sur l'ensemble du globe. Les résultats révèlent que les zones les plus instables sont généralement situées aux basses latitudes et possèdent des temps de croissance compatibles avec un forçage des anomalies grande échelle observées à ces latitudes<br>No

L'effet des aérosols et des nuages sur le climat, qu'il s'agisse de leur forçage radiatif propre ou de leur interactions constitue actuellement la plus grande incertitude du système climatique. L'utilisation couplée d'un lidar et d'un radar fait partie des pistes de recherches retenues par la communauté scientifique pour résoudre ces incertitudes, et c'est un des buts justifiant le développement des nouveaux instruments embarqués sur les plates-formes de l'A-Train et le développement des algorithmes opérationnels associés. Ces algorithmes possèdent certaines limitations intrinsèques, ce qui nous a amené à la révision des méthodes d'analyse standard des plates-formes spatiales de l'A-Train (CALIPSO, CLOUDSAT) et au développement de nos propres algorithmes à travers l'étude de l'écho de surface océanique, et à l'identification un modèle théorique de répartition des ondes de gravité et de capillarité compatible avec les observations multispectrales de ces instruments actifs. L'utilisation de ce modèle avec les observations actives et celles du radiomètre micro-onde AMSR-E a permis d'améliorer les procédures d'étalonnage absolu du lidar et du radar en offrant une référence systématique possédant un important rapport signal sur bruit. L'amélioration de l'étalonnage de ces instruments permet ensuite d'améliorer la précision de la restitution des paramètres microphysiques dans les produits opérationnels de recherche, et doit donner accès à un plus grand nombre de produits dérivés. La référence de surface issue des mesures des instruments micro-ondes actifs (radar) et passifs (radiomètre) permet ainsi de déterminer l'épaisseur optique des aérosols aux longueurs d'onde du lidar. Cette méthode de restitution ne fait aucune hypothèse sur la microphysique des particules diffusantes, est utilisable de jour et de nuit, possède un rapport signal sur bruit important à grande résolution spatiale et offre la possibilité de discriminer les aérosols et les nuages grâce aux mesures multispectrales sur la verticale. Les comparaisons avec les mesures du radiomètre MODIS montrent un bon accord statistique. Ces mesures d'épaisseur optique au-dessus de l'océan et des nuages d'eau liquide ouvrent une nouvelle voie pour quantifier le forçage radiatif direct des aérosols en présence de nuage, hors de portée des mesures radiométriques actuelles. Les premières études que nous avons menées ont confirmé que lors des épisodes de feux observés pendant la campagne AMMA, le forçage est fortement positif sur le Golfe de Guinée. Le forçage négatif en air non-nuageux au-dessus de l'océan est inférieur d'un ordre de grandeur à celui positif au-dessus des nuages. Le forçage radiatif positif observé sur le Golfe de Guinée est fortement dépendant de la couverture nuageuse que les mesures à petite échelle de l'A-Train permettent de mieux caractériser, et le réchauffement induit par l'effet direct des aérosols doit être mieux pris en compte dans les modèles climatiques. L'émission d'aérosols absorbants (feux, pollution. . . ) et leur transport à grande échelle représente une contrainte croissante du système climatique et des interactions environnement-climat. L'hypothèse usuellement admise d'un forçage direct négatif de-0,5 W. M-2 pour caractériser l'effet radiatif des aérosols demande à être examinée avec attention.

La température de surface de l'océan (SST) est depuis l'avènement des satellites, l'une des variables océaniques la mieux observée. Les modèles réalistes de circulation générale océanique ne la prennent pourtant pas en compte explicitement dans leur fonction de forçage. Dans cette dernière, seules interviennent les variables atmosphériques à proximité de la surface (température, humidité, vitesse du vent, radiations descendantes et précipitations) connues pour être entachées d'incertitudes importantes dès lors qu'on considère l'objectif d'étudier la variabilité à long terme de l'océan et son rôle climatique. La SST est alors classiquement utilisée en assimilation de données pour contraindre l'état du modèle vers une solution en accord avec les observations mais sans corriger la fonction de forçage. Cette approche présente cependant les inconvénients de l'incohérence existant potentiellement entre la solution " forcée " et " assimilée ". On se propose dans cette thèse de développer dans un contexte réaliste une méthode d'assimilation de données de SST observée pour corriger les paramètres de forçage atmosphérique sans correction de l'état océanique. Le jeu de forçage faisant l'objet de ces corrections est composé des variables atmosphériques issues de la réanalyse ERAinterim entre 1989 et 2007. On utilise pour l'estimation de paramètres une méthode séquentielle basée sur le filtre de Kalman, où le vecteur d'état est augmenté des variables de forçage dont la distribution de probabilité a priori est évaluée via des expériences d'ensemble. On évalue ainsi des corrections de forçage mensuelles applicables dans un modèle libre pour la période 1989-2007 en assimilant la SST issue de la base de données de Hurrel (Hurrel, 2008), ainsi qu'une climatologie de salinité de surface (Levitus, 1994). Cette étude démontre la faisabilité d'une telle démarche dans un contexte réaliste, ainsi que l'amélioration de la représentation des flux océan-atmosphère par l'exploitation d'observations de la surface de l'océan.

L'analyse d'images d'empreintes a l'acetate, utilisee pour mesurer la vacuite des carbonates profonds, est un nouvel outil qui permet de detecter et de quantifier les changements paleooceanographiques. Cette methode est appliquee a deux forages oceaniques, le site 586 (leg 89) sur le plateau d'ontong-java et le site 709 (leg 115) sur le plateau de mascarene. Par comparaison avec les donnees sismiques, biostratigraphiques et physiques, il est possible de correler les resultats de l'analyse d'images a des evenements paleooceanographiques majeurs, notamment aux circulations profondes

Un modele quasi-geostrophique multicouche d'ocean, developpe anterieurement pour des etudes de processus sur la circulation oceanique, dans des domaines de forme rectangulaire, est adapte pour etre applique a des bassins oceaniques reels et simuler les circulations dans ces bassins. La forme irreguliere des cotes est prise en compte grace a l'utilisation d'une methode de capacite (hockney, 1970). Le long des frontieres ouvertes, une condition de radiation est implementee afin de pouvoir laisser entrer et sortir le fluide. Basee sur la formulation de raymond et kuo (1984), cette condition comporte de plus un terme de rappel vers des donnees climatologiques moyennes. Ce modele est ensuite applique a l'ocean atlantique nord. Une premiere configuration de calcul couvre la partie ouest du bassin, de la cote americaine a 55 w. De nombreux aspects du comportement des circulations simulees sont compares favorablement avec des donnees d'observation. De plus, des etudes concernant le role du vent, de la topographie et la sensibilite du modele a la condition a la cote sont presentees. Une deuxieme configuration du modele englobe tout l'atlantique nord de 20n a 50n. Pour cette seconde application, on presente une experience preliminaire dans laquelle on assimile des mesures altimetriques satellitaires geosat dans le modele. A l'issue de ce travail, un certain nombre de directions de recherche complementaires sont suggerees: introduction de la variabilite temporelle du vent et augmentation de la resolution horizontale et verticale du modele, optimisation de la technique d'assimilation de donnees, utilisation des donnees recentes ers-1 et topex-poseidon, application du modele a l'ocean atlantique sud

Le soubassement volcanique d'Eiao (archipel des Marquises) et de Mururoa (archipel des Tuamotu) est connu grâce à des forages profonds effectués par le CEA. Les laves de l'île d'Eiao montrent une grande diversité pétrologique et géochimique, tant au niveau des basaltes qu'au niveau des laves intermédiaires et différenciées, ce qui se traduit en particulier par la variabilité des rapports isotopiques et des rapports d'élements en trace incompatibles. Un modèle de génèse et d'évolution des magmas est présenté : la fusion partielle à taux variable d'une source hétérogène donne naissance à plusieurs types de magmas basaltiques. L'un d'entre eux (les basaltes alcalins) évolue par un processus de cristallisation fractionnée couplé à un enrichissement sélectif au niveau des laves intermédiaires. Au contraire l'atoll de Mururoa se caracterise par la relative homogénéité géochimique des laves basaltiques. Un processus de différenciation par cristallisation fractionnée simple est à l'origine de la série magmatique dont les termes les plus évolues sont des trachytes comenditiques. Quelques données géochimiques, ainsi qu'une interprétation préliminaire, portant sur les basaltes des Gambier (archipel des Tuamotu) sont aussi présentées.

Le tourbillon Ierapetra (IE) est l’un des plus grands et des plus longs tourbillons de mésoéchelle de la Méditerranée orientale (MED). Situé au sud-est de la Crète, la formation récurrente de IE a été attribuée au forçage éolien régional. Pourtant, il n’y a pas que très peu d’informations sur les caractéristiques de leur dynamique, ni aucune preuve que l’IE soit forcé par le vent. Dans cette étude, une caractérisation complète de la dynamique des tourbillons Ierapetra est réalisée. Premièrement, en utilisant des observations satellites de la hauteur de surface de la mer ainsi que l'algorithme de détection de tourbillons AMEDA, les tourbillons Ierapetra sont suivis sur 22 ans (1993-2014). Des informations sur les caractéristiques (telles que le rayon, les vitesses etc.) et les trajectoires des tourbillons sont extraites. On observe une forte variabilité dans leur intensité (Ro = 0.07-0.27) et une potentielle réintensification un an après leur formation. Ce processus d'intensification est d'abord observé ici et peut conduire à un doublement de l'intensité en moins de 3 mois. Pour les tourbillons Ierapetra, nous avons observé que les termes d'accélération centrifuge ne peuvent pas être négligés. Une méthode itérative est optimisée sur des tourbillons idéalisés pour retrouver avec la meilleure précision possible, l’équilibre cyclogéostrophique. L'importance des corrections cyclogéostrophiques est évaluée pour la MED. Lorsqu'elles sont prises en compte, les estimations de vorticité du tourbillon de base IE peuvent atteindre des valeurs fortement négatives ζ(0) ⁄ f = -1. Trois campagnes océanographiques spécifiques (EGYPTE / EGITTO, BOUM et PROTEVS-PERLE) fournissant des mesures de vitesses de tourbillons sont également présentées. La comparaison enre les observations et les mesures in situ démontre l'importance des termes cyclogéostrophiques pour l'estimation correcte des vitesses de tourbillon. Enfin, le forçage du vent est étudié en tant que mécanisme principal de la dynamique des IE. Une forme idéalisée de forçage du vent climatologique pouvant représenter le régime de forçage ététsien est construite à partir des jeux de données de vent de la réanalyse ALADIN. L'effet transitoire du forçage étésien idéalisé est ensuite évalué avec un modèle de gravité réduite. Différentes simulations numériques sont effectuées afin d'étudier l'effet isolé d'un tel forçage sur la surface de l'océan. Globalement, les résultats démontrent la formation d'un anticyclone persistant. La magnitude de forçage du vent mais aussi sa durée sont des paramètres clés permettant de contrôler l’intensité des tourbillons. Le rayon du tourbillon est principalement contrôlé par les caractéristiques spatiales du forçage du vent. De plus, nous retrouvons le processus d'intensification des anticyclones préexistants en présence de cisaillement. Les résutats de cette thèse suggèrent que les tourbillons Ierapetra sont parmi les plus forts tourbillons de moyenne échelle de la mer Méditerranée. De plus le forçage régional par le vent est suffisant pour expliquer les caractéristiques des tourbillons observés. Un jet de vent orographique asymétrique ou des valeurs γ élevées de forçage orographique symétrique sont les conditions préalables nécessaires pour favoriser la formation d'anticyclones puissants dans l'océan<br>The Ierapetra eddy (IE) is one of the largest and longest-lived mesoscale eddies of the eastern Mediterranean Sea (MED). Located in the South East corner of Crete, the IE recurrent formation has been attributed to the regional Etesian wind forcing. Yet there are no many information on the eddy dynamical characteristics nor evidences that the IE is wind-forced. In this study, a full characterization of the Ierapetra eddy dynamics is attempted. Firstly, by using satellite observations of sea surface height and AMEDA eddy detection algorithm, the Ierapetra eddies are followed over 22 years (1993-2014). Information on the eddy characteristics (such as radius, velocities, vorticity) and the eddy trajectories are retrieved. The Ierapetra eddies are found to experience strong variability in their intensity (Ro=0.07-0.27) while one year after formation they may re-intensify. This intensification process is firstly observed here and can lead to an doubling of the eddy intensity in less than 3 months. For the Ierapetra eddies, we found that the centrifugal acceleration terms cannot be omitted. An iterative method is optimized on idealized eddies to recover with best accuracy the cyclogeostrophic balance. The importance of cyclogeostrophic corrections are evaluated for the total MED. When taken into account, estimations on the IE core vorticity may reach values of highly negative vorticity ζ(0) ⁄ f = − 1. Three specific oceanographic campaigns (EGYPT/EGITTO, BOUM and PROTEVS-PERLE) that provide information on measured eddy velocities are also presented. Comparison between the observations and in-situ measurements demonstrate the importance of the cyclogeostrophic terms for the correct estimation of the eddy velocities. Lastly, the Etesian wind forcing is investigated as the driving mechanism for the IEs dynamics. An idealized climatological wind forcing shape that can represent the Etesian forcing regime is build based on ALADIN reanalysis wind datasets. The transient effect of the idealized Etesian forcing is then evaluated with a reduced gravity model. Various numerical simulations are performed in order to investigate the isolated effect of such forcing to the ocean surface. Overall the results demonstrate the formation of a persistent anticyclone. Both the wind forcing magnitude but also the wind forcing duration are key parameters that control the formed eddy intensity. The eddy radius is mainly controlled by the spatial characteristics of the applied wind forcing. Moreover, we recover the intensification process for pre-existing anticyclones in the presence of the shear wind. The findings of this thesis suggest that the Ierapetra eddies are among the strongest mesoscale eddies of the Mediterranean Sea while the regional wind forcing is sufficient to explain the observed eddy characteristics. An asymmetric orographic wind jet or high γ values of a symmetric orographic forcing are the necessary preconditions to favor the formation of strong anticyclones in the ocean

Dans cette thèse je me suis intéressée à l'observabilité de la variabilité de la dynamique océanique de surface du Golfe de Gascogne à partir d'observations satellite et in situ et de simulations numériques basées sur le code SYMPHONIE. Les objectifs sont d'améliorer notre connaissance des processus haute fréquence (de quelques heures à quelques jours) forcés par l'atmosphère et d'évaluer l'adéquation des outils disponibles pour l'observation et la représentation de ces processus. Dans une première approche, j'ai estimé la capacité d'un jeu de données altimétriques côtier à observer la variabilité de l'Iberian Poleward Current (IPC) durant l'hiver 2004. Les résultats ont montré qu'un tel jeu de données était capable de détecter les pulses de l'IPC et que l'altimétrie est un outil complémentaire aux observations de SST et in situ pour le suivi de l'IPC. Dans une seconde approche, j'ai étudié la réponse de l'océan au passage de la tempête Klaus du 24 janvier 2009 simulée par le modèle. J'ai caractérisé la réponse en température et salinité et les processus de mélange associés, la réponse en courant de surface et le phénomène de surcote. Le réalisme du modèle a été évalué par comparaison avec des observations satellites et in situ. Une part importante de mon travail a été accordée à l'amélioration des performances de ma configuration du modèle avec la réalisation de tests sur les paramétrisations.

Les changements climatiques ont un impact certain sur les écosystèmes marins. Un déplacement vers le sud des principaux systèmes de front servant de sites de nourrissage pour de nombreuses espèces de prédateurs supérieurs est susceptible de se produire dans les zones subantarctiques. Les « central place foragers », tels que les pinnipèdes, sont susceptibles de faire face à une augmentation de la distance entre leurs lieux d'alimentation et leurs colonies d'élevage. Nous avons étudié l’impact des changements climatiques sur le succès d’élevage et la dynamique de population des otaries à fourrure (Arctocephalus gazella) des Îles Kerguelen par le biais du développement du modèle individu centré, MarCPFS (Marine Central Place Foragers Simulator) qui montre que la survie du couple femelle-jeune est particulièrement sensible à la répartition des proies (abondance et structure), à la capacité de mémorisation des meilleurs sites de nourrissages trouvés par la femelle pendant la période d'élevage, à la taille des femelles et à la distance qu'il faut parcourir pour trouver la ressource. Les résultats suggèrent qu’au cours des trois prochaines décennies un déplacement vers le sud supérieur à 2km an 1 pourrait compromettre la survie et la durabilité des populations. Un couplage avec un modèle de simulation de la dynamique océanique et de la ressource (SEAPODYM) a permis des projections jusqu’à la fin de ce siècle basées sur le scénarios RCP8.5 du GIEC (2014), confirmant les tendances mises à jour précédemment. Ces travaux montrent que les perspectives de maintien des populations sont pessimistes y compris en envisageant une adaptation de la taille des individus<br>Climate change has certain impact on the marine ecosystems. A southward shift in productive frontal systems serving as the main foraging sites for many top predator species is likely to occur in the Subantarctic areas. Central place foragers, as seabirds and pinnipeds, are thus likely to cope with an increase in the distance between foraging locations and their land-based breeding colonies. We studied the impact of climate change on the breeding success and population dynamics of Antarctic fur seals (Arctocephalus gazella) at Kerguelen Islands by means of an individual based model we developped, MarCPFS (Marine Central Place Foragers Simulator) which showed that the survival of the female-pup pair is particularly sensitive to the distribution of preys (abundance and structure), to the memorization abilities of the best resource sites found by the female during the rearing period, to the female size and to the foraging distance which it is necessary to cover at each trip. The results suggest that during the next three decades a southward shift greater than 2 km year-1 could compromise the survival and the sustainability of the populations. A coupling with a model of simulation of the oceanic dynamics and the resource (SEAPODYM) allowed projections till the end of this century based on scenarios RCP8.5 of the IPCC (2014), confirming the trends previously obtained. Globally, these works lead us to conclude with pessimistic perspectives about the sustainability of populations even when considering an evolution through time towards individuals of greater sizes

Une validation d'ensembles de donnees relatives a la surface de l'ocean est proposee dans le contexte de la modelisation numerique realiste des circulations oceaniques. Les flux de surface (chaleur et quantite de mouvement) produits au centre europeen pour les previsions meteorologiques a moyen terme (cepmmt) sont d'abord etudies. A cette occasion, une banque de donnees des variables atmospheriques de surface du cepmmt de 1986 a 1992 est mise a la disposition de la communaute scientifique. Une validation climatologique de ces analyses, produites a l'origine dans un objectif de previsions a moyen terme (10 jours), est primordiale et s'accompagne de l'etude de la variabilite interannuelle du signal. Enfin, une parametrisation du forcage thermique des modeles d'oceans est proposee ; elle permet le reequilibrage du modele avec une atmosphere en etat stationnaire prescrit, qui est representee par les variables climatologiques du cepmmt. Dans une seconde partie, les vents diffusiometriques satellitaires ers-1 sont analyses par une procedure variationnelle. Le but est de produire, sur une periode de quelques jours et a l'echelle d'un bassin, des champs de vent complets sur une grille reguliere, qui possedent les caracteristiques des mesures initiales ainsi que des proprietes physiques definies, tout en s'affranchissant de l'echantillonnage sequentiel satellitaire. La procedure est mise au point par comparaison a des mesures in-situ, et l'on verifie par une etude spectrale que les echelles pertinentes au forcage des oceans sont conservees. Les cartes de vent a 3 et 5 jours ainsi produites representent la premiere vision du vent a ces echelles et ouvrent des perspectives nouvelles pour la modelisation oceanique

Les observations in situ réalisées lors de campagnes océanographiques récentes dans le Golfe de Guinée ont permis de décrire la structure de la terminaison des courants équatoriaux de subsurface à l’est de l’Atlantique équatorial. La fréquence des campagnes océanographiques entre 1993 et 2007 ont permis d’établir à 10° W le cycle semi-annuel du Sous Courant Equatorial (EUC). Nous avons observé pendant l’hiver boréal, la recirculation vers l’ouest des masses d’eau subtropicales salées de la thermocline équatoriale dans les branches subsuperficielles du Courant Equatorial Sud (SEC) de part et d’autre de l’équateur. Une part de la recirculation s’effectue également le long de la côte dans le Sous Courant du Gabon-Congo (GCUC). Pendant l’été boréal, l’upwelling équatorial provoque l’érosion du noyau de sel de l’EUC dans la couche de surface. Les eaux subtropicales salées (supérieur à 36. 00) n’atteignent plus le bord est pendant cette saison et recirculent directement dans le SEC en surface. Pendant, cette saison I’EUC accélère dans la partie inférieure de la thermocline atteignant son maximum maximorum annuel remarquable par une extension en profondeur du champ de vitesse zonale vers l’est. Cette extension profonde de I’EUC se renverse vers l’ouest en octobre-novembre. L’observation du cycle saisonnier de la hauteur de la surface de la mer (SSH) a révélé la présence de modes de bassin de fréquence annuelle en Atlantique équatorial. Ces modes de bassin sont en fait la réponse du bassin à un forçage périodique quasi-annuel. Cette part de la variabilité saisonnière en SSH n’a jamais été décrite dans les données altimétriques et permet de rationnaliser la variabilité annuelle de la profondeur de la thermocline en Atlantique équatorial. Enfin, l’analyse des courants zonaux dans le Golfe de Guinée simulés par le modèle CLIPPER permet de compléter la description du cycle saisonnier de l’EUC dans le Golfe de Guinée. Les eaux salées de la thermocline acheminées au bord Est bifurquent et recirculent vers l’ouest pendant l’hiver et le printemps boréal (saison peu échantillonnée à partir de campagnes) et sont upwellées pendant l’été boréal. Les masses d’eau de la thermocline sont également advectées vers le sud pendant l’été boréal. Nous montrons que le cycle semi-annuel de I’EUC est associé au renforcement des vents zonaux dans le Golfe de Guinée, particulièrement pendant le printemps et l’été boréal. Des ondes de Rossby longues l=1 se propageant verticalement et reliées au cycle saisonnier de la terminaison de I’EUC sont également observées sous la thermocline à 10° W et expliquent la renverse de courants sous I’EUC en octobre- novembre<br>The in situ observations carried out during recent oceanographic cruises in the Gulf of Guinea allowed to describe the structure of the boundary of near-surface equatorial currents in the Atiantic Ocean. The good sampling of the oceanographic campaigns between 1993 and 2007 allowed to establish the semi-amiual cycle of the Equatorial UnderCurrent (EUC) at 10°W The westward recirculation of the saline subtropical water mass of the equatorial thermocline was observed in the subsurface branches of the South Equatorial Cunent (SEC) during boreal winter and spring, encompassing the eastward EUC. The recirculation of the saline water carried by the EUC takes place also along tbe coast in the southward Gabon-Congo UnderCurrent (GCUC). The boreal sunmer upwelling causes the erosion of the saline core associated with the EUC in the surface layer. The subtropical water mass does not reach tEe eastern boundary during tEe boreal summer and the recirculation tacs place in the surface SEC. During this season, the EUC exhibits an increment in its transport in the lower part of the thermocline reaching its maximum annual transport at 10°W. This maximum is explained by a vertical extension of eastward velocity under the thermocline. By October-November at 1O°W this deep extension of the EUC flows westerly. The observation of the seasonal cycle of the Sea Surface Height (SSH) revealed the presence ofannual basin modes. These basin modes are the response of the basin to annual periodic wind forcing. This part of the seasonal variability of the SSH has neyer been described with SSH data and allowed to understand the annual variability of the thermocline depth in the equatorial Atlantic. The analysis of the results of CLIPPER high-resolution numerical model simulations of the zonal equatorial near-surface currents allowed to describe in a more appropriate way the circulation in the GuIf of Guinea. During the boreal winter and spring the saline subtropical water mass reaches the eastern boundary and bifurcate westward in the both subsurface branches of the SEC. This water mass is then upwelled in boreal suninier. The thermocline water mass is advected southward as weil during this season. It has been shown that the EUC transport seini-annual cycle is associated with the renforcement of the westward zonal wind stress in the Gulf of Guinea, in particular during the boreal spring and summer. Long and low-frequency Rossby waves of the first meridional mode were also observed at 10°W in the thermocline linked to the seasonal cycle of the boundary of the EUC, explaining the inversion of the zonaI current in October-November at the bottom of the thermocline

Cette thèse a pour objectif d'estimer l'apport des nouveaux projets altimétriques (altimètre à large fauchée WSOA, projets de constellations de satellites) pour l'observation des processus océaniques sur les plateaux continentaux. L'approche adoptée est basée sur la modélisation numérique et l'assimilation de données. Le problème revient alors à estimer la capacité des nouveaux scénarios d'observation à contrôler les erreurs des modèles hydrodynamiques dans ces régions. L'étude est réalisée à l'aide du modèle barotrope MOG2D implémenté sur le plateau continental européen. Elle se concentre sur la réponse haute fréquence de l'océan au forçage météorologique (échelles temporelles de quelques heures à quelques jours). Les covariances d'erreur du modèle due aux incertitudes bathymétriques sont par ailleurs plus spécifiquement explorées, au moyen d'une méthode d'ensemble. Cette approche permet de révéler la forte variabilité de ces covariances, non seulement selon les régions, mais aussi localement suivant le régime dynamique du modèle. Dans le cadre d'OSSEs (Observing-Systems Simulation Experiments), des expériences jumelles multiples sont ensuite menées sur la mer du Nord, s'appuyant sur un filtre de Kalman d'ensemble pour l'assimilation séquentielle des observations. La réduction des variances d'ensemble par l'assimilation fournit le diagnostic utile à l'estimation de la performance des différents scénarios d'observation quant à la correction de l'erreur statistique du modèle. Ces expériences permettent notamment l'évaluation, dans le contexte particulier des processus océaniques haute fréquence modélisés ici, de l'apport d'un altimètre WSOA, de celui de différentes constellations de satellites, ou encore de l'impact des observations marégraphiques<br>The main objective of this work is to evaluate the contribution of future altimeter systems (Wide Swath Ocean Altimeter, satellite constellations) for the observation of ocean dynamics over continental shelves. The approach is based on numerical modeling and data assimilation, so that the problem comes to the estimation of the capability of new observing scenarios to control model errors in these regions. The model used in this work is the barotropic, finite-element MOG2D model, implemented over the entire European continental shelf. Moreover, the focus is on the specific high-frequency response of the ocean to meteorological forcing (wind and pressure), with temporal scales ranging from a few hours to a few days. Special attention is paid to properly specify model error statistics, which are required for assimilation experiments. The model error subspace due to uncertainties in bathymetry is more specifically explored via the use of an ensemble method. Associated model error covariances are shown to be neither homogeneous over shelves, nor isotropic when approaching the coast. They are not even stationary, since they are very dependent on the meteorological forcing. An ensemble Kalman filter assimilation scheme is then implemented to assimilate sea level data in the model. Multiple twin experiments are performed to estimate the capabiliy of different observing scenarios to reduce model errors (in the framework of Observing-Systems Simulation Experiments, OSSEs). The diagnostic is based on the reduction of the ensemble spread thanks to the assimilation. .

Ce travail de thèse apporte des éléments en vue d’une meilleure compréhension de la circulation et des processus de dispersion associés aux vagues à proximité des plages. Un outil de modélisation numérique opérationnelle a été développé, fondé sur le modèle spectral d’état de mer WAVEWATCH III R et le modèle hydrodynamique 3-D MOHID Water. Le code MOHID a été étendu à l’approche glm2z pour la représentation des interactions 3-D vagues-courant. Les développements théoriques permettant l’obtention des équations glm2z sont rassemblés et détaillés dans ce travail. L’implémentation de ces équations au sein de l’outil de modélisation est exposée. L’outil construit est validé sur deux cas académiques, où est mise en évidence sa capacité à reproduire la solution fournie par des modèles numériques de référence. Par la suite, la modélisation est combinée à des observations in situ pour étudier deux sites de la côte Sud Atlantique française. Ces sites correspondent à des configurations littorales complexes, associant une influence significative des vagues et une stratification haline notable de la colonne d’eau. La confrontation des résultats du calcul 3-D aux mesures fournit des résultats encourageants et apporte des éléments utiles pour la compréhension de la variabilité des courants et des profils de salinité observés. Une baie estuarienne semi-fermée est tout d’abord étudiée. La modélisation y suggère un effet significatif des vagues sur la dispersion des panaches estuariens, susceptible d’impacter la vidange globale de la baie à l’échelle d’un épisode de précipitations. Le second site d’application permet l’étude de la circulation intense induite par les vagues au-dessus d’un système barre/chenal, ainsi que la dispersion des eaux douces introduites par une rivière dans la zone de déferlement. Ce travail fournit finalement un outil de modélisation 3-D pour l’étude de la circulation et du transport sous l’effet de l’ensemble des forçages littoraux<br>This work aimed at providing a better understanding of nearshore circulation and dispersion processes under the effect of waves. An operational numerical modeling tool was developed, based on the spectral wave model WAVEWATCH III R and the 3-D hydrodynamical model MOHID Water. The MOHID implementation was extended to the glm2z approach for 3-D wave-current interactions. Theoretical developments leading to glm2z equations are gathered and detailed in the present work. The numerical implementation of glm2z equations is described. The model is validated in academic cases, in which the obtained solution is shown to be consistent with that provided by reference numerical models. Both numerical modeling and in situ measurements are then used to study two nearshore environments, located on the French South Atlantic coast. These complex areas combine a significant effect of waves on dynamics and remarkable salinity stratification. Comparison of 3-D model results with field data are encouraging and offers interesting insights for current and salinity profile variability. Dynamics of a semi-enclosed estuarine bay is first studied. Modeling results suggest that waves may have a significant impact on river plumes, leading to a reduction of the global bay flushing during a raining event. The second study site allows the investigation of the intense circulation generated by waves over a ridge and runnel system, and the dispersion of reshwaters introduced in the surfzone by a small river. Finally, this work provides a 3-D numerical modeling tool for the study of the circulation and related transports under the effects of nearshore forcings

Essai de calibration d'un ensemble de sondes diagraphiques "nucléaires" (sondes à neutrons et sondes gamma-gamma). La méthode employée consiste à comparer des données de terrain et des mesures sur échantillons de roches, différents modèles de calcul sont essayés et mettent en évidence l'effet sur la réponse des sondes de la nature des roches ainsi que des paramètres de forage

L'objectif de la thèse est de caractériser la variabilité climatique de la période Holocène (10 000-0 ans) en analysant des séries climatiques d'enregistrements marins, continentaux, glaciaires. Les enregistrements d'Atlantique Nord et Sud ainsi que l'océan Austral ont permis d'identifier deux types de fréquences millénaires : les premières s'expriment pendant le début de l'Holocène (10 000-5 000 BP) et sont similaires aux fréquences solaires, les secondes, pendant la fin de l'Holocène, suggèrent un forçage interne océanique. Ce schéma Holocène avec une circulation océanique qui s'établit à un régime stable à partir de 5 000 ans coïncide avec l'établissement du niveau marin à son niveau proche de l'actuel, en lien avec la disparition de la calotte Laurentides et les drainages d'eau douce en Atlantique Nord. À partir de 5 000 ans, les flux d'eau douce ne perturbent plus le gradient de salinité permettant l'établissement de la circulation thermohaline à son régime stable. En Antarctique, de nouvelles séries de données poussières couvrant les 2000 dernières années à Dôme C et Vostok ont été produites. Sur la période Holocène en analysant l'ensemble des données disponibles (isotopes stables, excès en Deutérium, poussières) pour différents sites sur le plateau Antarctique, il n'apparaît aucune structure persistante significative pour aucun des proxies. Au Groenland, les seules fréquences significatives dans le deutérium sont l'empreinte spectrale de l'événement 8 200 ans. Le signal climatique déduit des calottes polaires pour la période Holocène est masqué par des processus tels que les effets locaux, la sensibilité des proxy,...