Academic literature on the topic 'Glace de mer – Arctique, Océan'

L'Arctique est la région du globe qui s'est réchauffée le plus vite au cours des trente dernières années, avec une augmentation de la température de surface environ deux fois plus rapide que pour la moyenne globale. Le déclin de la banquise arctique observé depuis le début de l'ère satellitaire et attribué principalement à l'augmentation de la concentration des gaz à effet de serre aurait joué un rôle important dans cette amplification des températures au pôle. Cette fonte importante des glaces arctiques, qui devrait s'accélérer dans les décennies à venir, pourrait modifier les vents en haute altitude et potentiellement avoir un impact sur le climat des moyennes latitudes. L'étendue de la banquise arctique varie considérablement d'une saison à l'autre, d'une année à l'autre, d'une décennie à l'autre. Améliorer notre capacité à prévoir ces variations nécessite de comprendre, observer et modéliser les interactions entre la banquise et les autres composantes du système Terre, telles que l'océan, l'atmosphère ou la biosphère, à différentes échelles de temps. La réalisation de prévisions saisonnières de la banquise arctique est très récente comparée aux prévisions du temps ou aux prévisions saisonnières de paramètres météorologiques (température, précipitation). Les résultats ayant émergé au cours des dix dernières années mettent en évidence l'importance des observations de l'épaisseur de la glace de mer pour prévoir l'évolution de la banquise estivale plusieurs mois à l'avance. Surface temperatures over the Arctic region have been increasing twice as fast as global mean temperatures, a phenomenon known as arctic amplification. One main contributor to this polar warming is the large decline of Arctic sea ice observed since the beginning of satellite observations, which has been attributed to the increase of greenhouse gases. The acceleration of Arctic sea ice loss that is projected for the coming decades could modify the upper level atmospheric circulation yielding climate impacts up to the mid-latitudes. There is considerable variability in the spatial extent of ice cover on seasonal, interannual and decadal time scales. Better understanding, observing and modelling the interactions between sea ice and the other components of the climate system is key for improved predictions of Arctic sea ice in the future. Running operational-like seasonal predictions of Arctic sea ice is a quite recent effort compared to weather predictions or seasonal predictions of atmospheric fields like temperature or precipitation. Recent results stress the importance of sea ice thickness observations to improve seasonal predictions of Arctic sea ice conditions during summer.

L’oxyde nitreux (N2O) est un gaz à effet de serre dont la présence dans la stratosphère contribue aussi à la destruction de l’ozone. Le but de cette étude, était de déterminer la présence de N2O dans la glace de mer de l’océan Arctique et d’évaluer l’impact de cette source potentielle sur l’atmosphère. Les concentrations totales de N2O dans les derniers 10 cm de la glace de mer et dans l’eau de surface sous-jacente au couvert de glace ont été quantifiées dans la mer de Beaufort de mars à avril 2008. Nos mesures ont mis en évidence des concentrations totales en N2O faibles et constamment sous-saturées par rapport à l’eau de surface sous-jacente au couvert de glace (ca. 40%) et à l’atmosphère (ca. 30%). Nous expliquons cette sous saturation par un rejet de la saumure riche en N2O lors de la formation de la glace à l’automne et à l’hiver. La glace de mer pourrait donc représenter une source de N2O pour l’atmosphère arctique pendant ces périodes.
Nitrous oxide (N2O) is a greenhouse gas which also plays a role in stratospheric ozone depletion. The objective of this study was to demonstrate the presence of N2O in Arctic sea ice, and to quantify the impact of this potential source to the atmosphere. Bulk concentrations of N2O in the bottom 10 cm of the sea ice and in the underlying surface waters were measured in the Beaufort Sea from March to April 2008. Our sea ice measurements revealed low N2O bulk concentrations with N2O being consistently undersaturated with respect to the underlying surface water (ca. 40% saturation) and the atmosphere (ca. 30% saturation). The most plausible mechanism to explain the low N2O sea ice concentrations is a loss of N2O via brine rejection during sea ice formation in autumn and winter. Sea ice could thus act as a source of N2O via brine rejection during sea ice formation in autumn and winter.

La glace de mer Arctique connaît actuellement de profondes mutations dans sa structure et sa variabilité. Le déclin récent de la couverture estivale de glace de mer Arctique, qui a atteint un nouveau record en septembre 2012, a relancé l'intérêt stratégique de cette région longtemps oubliée. La prévision de glace de mer à l'échelle saisonnière est ainsi un problème d'océanographie opérationnelle qui pourrait intéresser nombre d'acteurs économiques (pêche, énergie, recherche, tourisme). De plus, en tant que conditions aux limites pour l'atmosphère, la glace de mer peut induire une prévisibilité de l'atmosphère à l'échelle saisonnière, au même titre que les anomalies de température de surface de l'océan sous les tropiques. Nous présentons dans cette thèse la construction d'un système de prévisions saisonnières dédié à la glace de mer Arctique avec le modèle couplé CNRM-CM5.1, développé conjointement par le CNRM-GAME et le CERFACS. Nous passons en revue la stratégie d'initialisation, la réalisation et l'évaluation des hindcasts (ou rétro-prévisions). La communauté dispose d'observations de concentration de glace de mer, mais de très peu de données d'épaisseur à l'échelle du bassin. Afin d'initialiser la glace de mer et l'océan dynamiquement et thermodynamiquement, nous avons choisi d'utiliser la composante océan-glace de mer de CNRM-CM5.1, NEMO-GELATO. L'initialisation consiste à forcer NEMO-GELATO avec les champs météorologiques issus de la réanalyse ERA-Interim, sur la période 1990-2010. Des corrections appliquées aux forçages basées sur des observations satellitaires et in-situ nous permettent d'obtenir une bonne simulation de l'océan et de la glace de mer en terme d'état moyen et de variabilité interannuelle. L'épaisseur reste néanmoins sous-estimée. Quelques propriétés de prévisibilité intrinsèque de la glace de mer Arctique sont ensuite présentées. Une étude de prévisibilité potentielle diagnostique nous a permis de distinguer deux modes de prévisibilité de la glace de mer à l'aide du volume et de la structure sous-maille d'épaisseur. Un « mode de persistance » concerne la prévisibilité de la couverture d'hiver. La surface de glace de mars est potentiellement prévisible à 3 mois à l'avance par la seule persistance, et dans une moindre mesure à l'aide des surfaces couvertes par la glace relativement fine. Un « mode de mémoire » concerne la prévisibilité de la couverture estivale. La surface de glace de septembre est potentiellement prévisible jusqu'à 6 mois à l'avance à l'aide du volume et surtout de la surface couverte par la glace relativement épaisse. Ces résultats suggèrent donc qu'une bonne initialisation du volume et de la structure d'épaisseur en fin d'hiver permettrait une bonne prévisibilité des étendues de fin d'été. Les prévisions d'été et d'hiver présentent des scores particulièrement encourageants, que ce soit en anomalies brutes ou en anomalies par rapport à la tendance linéaire. Cela suggère une prévisibilité liée à l'état initial et non aux forçages externes imposés. L'analyse des prévisions d'été montre que le volume et les structures d'épaisseur de l'état initial expliquent l'essentiel des différentes prévisions, ce qui confirme l'existence du « mode de mémoire » malgré un fort biais radiatif. L'analyse des prévisions d'hiver suggère que l'étendue initiale explique une partie des différentes prévisions, un indice du « mode de persistance » des prévisions hivernales. Une analyse régionale des prévisions d'hiver permet de préciser le rôle de l'océan dans ces prévisions, et montre dans quelle mesure nos prévisions pourraient être utilisées de manière opérationnelle, notamment en mer de Barents
Sea ice experiences some major changes in the early 21st century. The recent decline of the summer Arctic sea ice extent, reaching an all-time record low in September 2012, has woken renewed interest in this remote marine area. Sea ice seasonal forecasting is a challenge of operational oceanography that could benefit to several stakeholders : fishing, energy, research, tourism. Moreover, sea ice is a boundary condition of the atmosphere. As such, as tropical sea surface temperature, it may drive some atmosphere seasonal predictability. The goal of this PhD work was to set up a dedicated Arctic sea ice seasonal forecasting system, using CNRM-CM5.1 coupled climate model. We address the initialization strategy, the creation and the evaluation of the hindcasts (or re-forecasts). In contrast to sea ice concentration, very few thickness data are available over the whole Arctic ocean. In order to initialize sea ice and the ocean dynamically and thermodynamically, we used the ocean-sea ice component of CNRM-CM5.1, named NEMO-GELATO, in forced mode. The initialization run is a forced simulation driven by ERA-Interim forcing over the period 1990-2010. Corrections based on satellite data and in-situ measurements leads to skilful simulation of the ocean and sea ice mean state and interannual variability. Sea ice thickness seems overall underestimated, based on the most recent estimates. Some characteristics of sea ice inherent predictability are then addressed. A diagnostic potential predictability study allowed us to identify two regimes of predictability using sea ice volume and the ice thickness distribution. The first one is the 'persistence regime', for winter sea ice area. March sea ice area is potentially predictable up to 3 months in advance using simple persistence, and surface covered by thin ice to a lesser extent. The second one is the 'memory regime', for summer sea ice area. September sea ice area is potentially predictable up to 6 months in advance using volume and to a greater extent the area covered by relatively thick ice. These results suggest that a comprehensive winter volume and thickness initialization could improve the summer forecasts. Summer and winter seasonal hindcasts shows very encouraging skills, in terms of raw and detrended anomalies. These skills suggest a predicatibility from initial conditions besides predictability due to the trend. Summer forecasts analysis shows that the volume and the ice thickess distribution explains a high fraction of the variance of predicted sea ice extent, which confirms the existence of the 'memory regime'. Winter forecasts also suggest the 'persistence regime'. A regional investigation of the winter hindcast helps precising the role of the ocean in the forecasts, and shows to what extent our system predictions could be used operationally, especially in the Barents Sea

L'objet de cette thèse est la compréhension des mécanismes contrôlant la variabilité spatio-temporelle de la concentration de glace de mer (SIC) en mer du Groenland, l'un des sites de formation d’eau dense de l’Atlantique Nord. Cette variabilité est caractérisée à partir des données satellitaires de concentration de glace obtenues par radiométrie hyperfréquence sur la période 1979-2007, en se concentrant sur la période convective (hiver et printemps). Trois modes de variabilité sont identifiés avec une forte dominance du premier mode qui représente 70% de la variance de la SIC dans la région. Les liens statistiques de ces modes avec les forçages atmosphériques sont examinés à partir des réanalyses du centre européen. On montre l'importance de la variabilité du vent méridien sur le mode dominant de SIC par son impact sur la dérive d’Ekman et un lien avec la température de surface de l’air mettant en jeu la rétroaction de la glace sur l’atmosphère via les flux de chaleur. Une étude complémentaire basée sur une classification en régimes de temps de Cassou et al. (2004) montre une réponse préférentielle de la SIC à la phase négative de la NAO. La construction d’un jeu de données hydrologiques homogène sur la période 1982-2006 a permis d’examiner le lien statistique entre les modes de variabilité de la SIC et l’activité convective dans le gyre du Groenland identifiée à partir d’un critère de stratification de la colonne d'eau. On met en évidence une corrélation significative entre la variabilité de la convection et le second mode de variabilité de la SIC associant un faible englacement dans le centre du bassin à une forte activité convective.

La glace de mer Arctique connaît actuellement de profondes mutations dans sa structure et sa variabilité. Le déclin récent de la couverture estivale de glace de mer Arctique, qui a atteint un nouveau record en septembre 2012, a relancé l'intérêt stratégique de cette région longtemps oubliée. La prévision de glace de mer à l'échelle saisonnière est ainsi un problème d'océanographie opérationnelle qui pourrait intéresser nombre d'acteurs économiques (pêche, énergie, recherche, tourisme). De plus, en tant que conditions aux limites pour l'atmosphère, la glace de mer peut induire une prévisibilité de l'atmosphère à l'échelle saisonnière, au même titre que les anomalies de température de surface de l'océan sous les tropiques. Nous présentons dans cette thèse la construction d'un système de prévisions saisonnières dédié à la glace de mer Arctique avec le modèle couplé CNRM-CM5.1, développé conjointement par le CNRM-GAME et le CERFACS. Nous passons en revue la stratégie d'initialisation, la réalisation et l'évaluation des hindcasts (ou rétro-prévisions). La communauté dispose d'observations de concentration de glace de mer, mais de très peu de données d'épaisseur à l'échelle du bassin. Afin d'initialiser la glace de mer et l'océan dynamiquement et thermodynamiquement, nous avons choisi d'utiliser la composante océan-glace de mer de CNRM-CM5.1, NEMO-GELATO. L'initialisation consiste à forcer NEMO-GELATO avec les champs météorologiques issus de la réanalyse ERA-Interim, sur la période 1990-2010. Des corrections appliquées aux forçages basées sur des observations satellitaires et in-situ nous permettent d'obtenir une bonne simulation de l'océan et de la glace de mer en terme d'état moyen et de variabilité interannuelle. L'épaisseur reste néanmoins sous-estimée. Quelques propriétés de prévisibilité intrinsèque de la glace de mer Arctique sont ensuite présentées. Une étude de prévisibilité potentielle diagnostique nous a permis de distinguer deux modes de prévisibilité de la glace de mer à l'aide du volume et de la structure sous-maille d'épaisseur. Un " mode de persistance " concerne la prévisibilité de la couverture d'hiver. La surface de glace de mars est potentiellement prévisible à 3 mois à l'avance par la seule persistance, et dans une moindre mesure à l'aide des surfaces couvertes par la glace relativement fine. Un " mode de mémoire " concerne la prévisibilité de la couverture estivale. La surface de glace de septembre est potentiellement prévisible jusqu'à 6 mois à l'avance à l'aide du volume et surtout de la surface couverte par la glace relativement épaisse. Ces résultats suggèrent donc qu'une bonne initialisation du volume et de la structure d'épaisseur en fin d'hiver permettrait une bonne prévisibilité des étendues de fin d'été. Les prévisions d'été et d'hiver présentent des scores particulièrement encourageants, que ce soit en anomalies brutes ou en anomalies par rapport à la tendance linéaire. Cela suggère une prévisibilité liée à l'état initial et non aux forçages externes imposés. L'analyse des prévisions d'été montre que le volume et les structures d'épaisseur de l'état initial expliquent l'essentiel des différentes prévisions, ce qui confirme l'existence du " mode de mémoire " malgré un fort biais radiatif. L'analyse des prévisions d'hiver suggère que l'étendue initiale explique une partie des différentes prévisions, un indice du " mode de persistance " des prévisions hivernales. Une analyse régionale des prévisions d'hiver permet de préciser le rôle de l'océan dans ces prévisions, et montre dans quelle mesure nos prévisions pourraient être utilisées de manière opérationnelle, notamment en mer de Barents

Le moment de démarrage de la fonte sur la glace de mer (Snow Melt Onset, SMO) a un impact sur la fonte intégrale de la glace de mer au cours de l'été et sur le volume résiduel de la glace à la fin de l'été polaire. La variabilité interannuelle et régionale de la SMO, est régulée par des flux de chaleur sur la glace. Une SMO précoce (retardé) est seulement et entièrement conditionnée par une accumulation de chaleur intense/hâtive (lente/tardive). Des observations satellitaires (SSM/I) démontrent que le démarrage de la fonte apparente (Melt Onset, MO) varie de 20-30 jours sur une distance de 25-50 km et d'une année à l'autre. Notre analyse des séries temporelles MO a révélé que ces données constituent une combinaison de la SMO (sur la glace) avec l'ouverture divergente dans les champs de glace (sans aucune fonte préalable). Pour extraire la SMO à partir de la MO il a fallu prendre en compte les concentrations de glace de mer. Les séries temporelles des flux de chaleur radiatifs et turbulents (ERA Interim) ont été appliqués pour examiner si elles peuvent expliquer les variations dans la SMO. Nous avons établis que les anomalies de bilan de flux (avant la fonte) expliquent une part importante de la variabilité interannuelle et régionale dans SMO en Arctique central. Le flux thermique radiatif a représenté/restitué les variations dans SMO mieux que d'autres termes de flux. Le rôle de la chaleur latente et sensible dans la fonte précoce (tardive) s’est manifesté par la perte réduite (renforcée) de la chaleur. Le rayonnement solaire n'a pas eu d'effet sur la variabilité de la SMO. Les anomalies des flux ont ensuite été examinées en relation avec les conditions météorologiques
Timing of spring Snow Melt Onset (SMO) on Arctic sea ice strongly affects the heat accumulation in snow and ice during the short melt season. This summertime heat uptake is quasi-linearly and inversely proportional to the remnant ice volume by the end of the melt season. On top of sea ice SMO timing, as well as its interannual and regional variations are controlled by surface heat fluxes. Anomalously early (delayed) SMO is due to large and early (weak and retarded) heat accumulation within the snowpack. Satellite passive microwave (SSM/I) observations show that the \textit{apparent} Melt Onset (MO) varies by 20-30 days interannually and over 25-50 km distance. These apparent MO records appear to be a complex blend of SMO on sea ice and sea ice opening due to divergent ice drift. We extracted SMO out of the apparent MO record using sea ice concentration data. Applying 20-year ERA Interim reanalysis of radiative and turbulent surface heat fluxes we examined how well the heat fluxes reflect the variations in SMO. Anomalies of heat fluxes in the pre-melt period explained a significant portion of the interannual and spatial variations in SMO within the central Arctic. The main term was the downward longwave radiation locally accounting for up to 90\% of the temporal SMO variations. The role of the latent and sensible heat fluxes in earlier/later SMO was not to bring more/less heat to the surface but to reduce/enhance the surface heat loss. Solar radiation alone was not an important factor for SMO timing. Anomalies in surface fluxes were examined also in relation to meteorological conditions. 20-year MO and SMO trends are towards earlier spring melt in the central Arctic Ocean

Les observations spatiales d'extension de glace de mer montrent que la banquise arctique a fortement réduit au cours des 40 dernières années, avec une nette tendance à l'accélération depuis la fin des années 1990. Bien que les processus expliquant cette fonte accélérée soient en partie compris, les modèles de banquise ne reproduisent pas clairement les variations d'extension observées. Cette mauvaise représentation des modèles est généralement attribuée à une méconnaissance des rétroactions climatiques. Parmi ces rétroactions, nous souhaitons nous intéresser à l'une d'entre elles en particulier: l'amincissement de la glace de mer. Cet amincissement est généralement associé à une fonte plus précoce et à une accélération de l'export de glace. L'amélioration de la représentation de l'épaisseur de banquise est donc nécessaire pour mieux comprendre les variations d'extension de banquise observées au cours des dernières décennies. Contrairement aux données d'extension de banquise, il n'existe pas à l'heure actuelle de données d'épaisseur de glace à l'échelle du Bassin Arctique couvrant une longue période (> 20 ans). En revanche, de multiples études ont montré qu'il était possible d'estimer l'épaisseur de glace à l'échelle du Bassin Arctique à partir de l'altimétrie spatiale. Pour mesurer l'épaisseur de glace par altimétrie, on emploie généralement la technique du "franc-bord". Cette méthode consiste à estimer par altimétrie spatiale l'épaisseur de glace émergée (le franc-bord) et à convertir cette mesure en épaisseur totale en résolvant l'équation d'hydrostatique qui existe entre la glace recouverte de neige et l'océan. La méthode du franc-bord a été appliquée à diverses missions altimétriques (ERS-2, Envisat et CryoSat-2) depuis 1995 et devrait ainsi pouvoir fournir une série temporelle d'épaisseur de glace de plus de 20 ans. Cela dit, il n'existe à ce jour aucune série temporelle d'épaisseur de glace couvrant plus de 6 années. Cette absence d'une longue série temporelle est principalement due à un manque de continuité de la mesure du franc-bord liée à l'évolution des techniques radar (altimétrie conventionnelle/altimétrie SAR) ainsi qu'aux incertitudes liées à la conversion du franc-bord en épaisseur de glace. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectifs d'analyser les biais inter-missions de franc-bord et d'améliorer la conversion du franc-bord en épaisseur de glace en exploitant au mieux la mesure altimétrique. Pour remplir ces objectifs, un travail de fond est réalisé sur l'interaction de la mesure radar avec l'environnement de la banquise (neige, rugosité, etc). Les résultats de l'analyse de la mesure radar sur la banquise permettent d'établir la plus longue série temporelle d'épaisseur de glace de mer disponible à ce jour (2002-2016). L'analyse de cette série temporelle montre que la banquise s'est amincie en moyenne de 0.013(± 0.09) m/an au cours de la période 2002-2016. Cet amincissement est principalement attribué à la réduction de surface de glace pérenne ayant eu lieu au cours de la même période. La forte incertitude associée à cette tendance est quant à elle attribuée à l'importante variabilité inter-annuelle de l'épaisseur de banquise arctique
Satellite observations have shown that the arctic sea ice extent has strongly decreased during the last 40 years, with a clear increase of the shrinking since the 90's. While the mechanisms responsible for this accelerated shrinking are relatively well known, sea ice models do not clearly reproduce the observed extent variations. This inaccurate representation is generally attributed to a misunderstanding of the arctic system climate feedbacks. Among these feedbacks, we seek to study one of them in particular: the sea ice thinning. Sea ice thinning is generally associated with an earlier seasonal melt as well as an increase in sea ice export; both tend to accelerate the sea ice retreat. A good representation of sea ice thickness is therefore necessary to improve our understanding of the arctic sea ice extent variations observed during the last decades. Unlike sea ice extent data, there are currently no pan-Arctic sea ice thickness observations covering a large period (> 20 years). However, several studies have demonstrated the potential of satellite altimetry to retrieve sea ice thickness at a basin scale. To measure sea ice thickness from radar altimetry, the "freeboard" technique is generally employed. This methodology consists of estimating the thickness of the emerged sea ice (freeboard) from radar altimetry and then converting this measurement to sea ice thickness, using an equation for the hydrostatic equilibrium that exists between the snow covered sea ice and the ocean. The freeboard methodology has been applied to diverse altimetric missions (ERS-2, Envisat and CryoSat-2) since 1995 and should allow the retrieval of more than 20 years of pan-Arctic ice thickness. However, the previous estimates of sea ice thickness are data shorter than 6 years in duration. This absence of a long ice thickness time series is mostly due to the difficulty in providing continuity between the different altimetric missions (conventional altimetry/SAR altimetry) as well as to the uncertainties related to the freeboard-to-thickness conversion. In this context, this thesis makes an analysis of the freeboard inter-mission biases and improves the freeboard-to-thickness conversion in order to produce long term ice thickness estimates. To achieve these goals, a thorough analysis of the interaction between the radar signal and the sea ice parameters (snow, roughness, etc) is performed. The analysis of the radar signal physics over sea ice allows to derive the longest time series of arctic sea ice thickness ever established to this day (2002-2016). The analysis of this time series shows that sea ice has thinned from 0.013(± 0.09) m/year in average during the 2002-2016 period. The ice thinning is mainly attributed to the loss of perennial sea ice that occurred during the same period while the high uncertainty associated with this trend is associated to the important inter-annual variability of arctic sea ice thickness

Les polynies côtières ont un impact sur la circulation océanique et le système climatique. Ces régions constituent un lieu de formation d'eau dense par rejet de sel suite à la formation de glace. Les propriétés des ces eaux denses ont une forte variabilité interannuelle liée aux processus océaniques, cryosphériques et atmosphériques. La thèse porte sur l'étude de ces processus dans la polynie du Storfjord (Svalbard). Les observations hydrographiques de haute fréquence recueillies dans le fjord en Mars 2007 sont au coeur des analyses menées au cours de cette thèse. Des observations satellitales de concentration en glace ont été utilisées en liaison avec des simulations numériques: un modèle a été développé afin d'estimer la production de glace et le rejet de sel. Les conditions hydrographiques ont été caractérisées. La «Brine Enriched Shelf Water » formée en 2007 est plus dense que la moyenne des observations historiques. Afin de replacer ces observations dans un cadre plus large, des images de concentration en glace ont permis de quantifier l'activité de la polynie. Les observations ont aussi révélé deux phénomènes intéressants: (i) la présence d'eau super-refroidie et (ii) un épisode de rejet de sel issu de la glace. Les processus océaniques à haute fréquence conduisant à du mélange diapycnal ont été caractérisés. Le premier d'entre eux, faisant intervenir les marées barotropes et la génération de marée barocline, constitue une source d'énergie cinétique turbulente nécessaire au mélange. Le second processus, le rejet de saumures, se produit de manière sporadique en hiver mais l'intensité du mélange en résultant est supérieur de deux ordres de grandeur.

Une des sources majeures d'incertitudes à propos de nos connaissances sur les mécanismes gouvernant la croissance du phytoplancton dans les régions englacées arctiques est liée aux interactions entre banquise, lumière et phytoplancton arctique. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre ces interactions et de révéler les sources principales d'incertitude dans les modèles du système Terre. Je montre d'abord que la période d'eau libre arctique est majoritairement contrôlée par le cycle solaire et par les échanges thermodynamiques entre océan et atmosphère durant l'été. Selon les projections climatiques, elle devrait augmenter et se décaler vers l'automne. J'évalue ensuite le schéma de transfert radiatif du modèle d'océan, NEMO, dans la zone de banquise arctique. Je montre que le rayonnement transmis sous la banquise est aujourd'hui fortement sous-estimé, en raison notamment d'une surestimation de l'atténuation par la neige et par les premiers centimètres de l'océan couvert de banquise. Je définis, enfin, un diagnostic pour décrire le cycle saisonnier de la lumière disponible dans la zone de glace, et j'étudie son impact sur le phytoplancton simulé par le modèle biogéochimique, PISCES. Il reste néanmoins, de larges incertitudes pour comprendre la relation entre ce diagnostic et la croissance du phytoplancton
Large weaknesses remain considering our understanding of the drivers of phytoplankton growth in Arctic sea ice zone, especially due to large uncertainties in the interactions between sea ice, light and phytoplankton.The aim of this PhD thesis is to better understand these interactions and to highlight the main uncertainties considering these interactions in Earth System Models. I first show that the ice-free period is mainly led by the solar irradiance cycle and by the ocean-atmosphere thermodynamic exchanges during summer. It is consequently projected to extend into fall in the future. Then, I evaluate the radiative transfer scheme in the ocean model NEMO, in arctic sea ice zone. I show that NEMO largely underestimates the transmitted shortwave radiation in ice-covered waters, especially due to the overestimation of the snow and the first level of the ocean attenuation. I finally define a diagnostic to describe available light seasonality in the sea ice zone and I study the impact of this diagnostic on simulated phytoplankton in the bio-geochemistry model PISCES. However, large uncertainties remain in the study of the relation between this diagnostic and the phytoplankton growth. This is especially due to the non-linearity between available light and phytoplankton growth and also due to the lake of knowledge about the phytoplankton physiology

L'étude a pour objectif d'estimer la quantité de saumures produites dans Storfjorden, par rejet de sel lors de la formation des glaces de mer. Pour cela, nous avons couple des observations d'sar d'ers-2 des glaces de mer, avec des simples modèles de dérive et de production de glace et des observations in situ. A l'aide de relevés hydrographiques pré- et post-hivernaux, les masses d'eaux, leur transformation et les courants sont décrits, et en particulier, l'augmentation en salinité liée aux saumures, induisant une circulation thermohaline locale. L'observation de la couverture de glace pendant l'hiver 1997-1998 a montre l'évolution d'une vaste banquise côtière, couvrant la partie peu profonde au nord de 78\ n, et de polynies récurrentes qui s'ouvrent sous l'effet des vents du nord, de la banquise côtière jusqu'au seuil du fjord a 77\ n. Les images sar ont été classées manuellement en banquise côtière, polynie et floes de première année. Les estimations de la polynie ont été interpolées par un modèle de dérive de glace. Sa composition en eau libre et jeune glace a été déterminée en supposant l'accumulation du frasil en une couche mince de jeune glace sur le bord de la polynie. L'application d'algorithmes de production de frasil dans l'eau libre et d'épaississement de la jeune glace, de la banquise côtière et des floes permis d'estimer une production de 40 km 3 de glace, dont deux tiers sont formes à l'intérieur des polynies qui ne couvrent en moyenne que 15% du fjord. . .

Les processus dynamiques et thermodynamiques du couplage glace-ocean sont etudies a l'aide d'une hierarchie de modeles numeriques. Un modele thermodynamique de glace de mer ou le flux de chaleur oceanique est impose revele l'influence de ce flux sur le cycle saisonnier d'epaisseur de la glace. L'influence de la derive de la glace sur les bilans locaux de fonte-congelation est examinee a l'aide d'un modele dynamique-thermodynamique de glace de mer