Dissertations / Theses on the topic 'Océanographie – Recherche – Pacifique (océan)'

La variabilité et la dynamique de l'upwelling côtier du Nord du Pérou au Sud du Chili (50°S) et des courants associés (CPCC Chile Peru coastal Current et PCUC Peru-Chile Undercurrent) ont été étudiées à l'aide de données satellites et de modèles numériques. Les caractéristiques des variations le long de la côte sont séparées par une zone de transition autour de 20°S où les vents, l'upwelling et le PCUC sont particulièrement faibles. Les origines des eaux du PCUC et de l'upwelling ont également été étudiées à l'aide d'outils lagrangiens et les transports ont été quantifiés. Trois sources ont été identifiées : l'EUC (Equatorial Undercurrent), les SSCC (Southern Sub-Surface Counter Current) et une troisième source au Sud du Chili, liée à l'ESPIW (Eastern South Pacific Intermediate Water).

Les modèles couplés de circulation générale (CGCMs) sont largement utilisés pour mieux comprendre les processus physiques à l'oeuvre dans le système climatique et prévoir la variabilité du climat à l'échelle d'une saison et au-delà. Les imperfections des paramétrisations empiriques et le manque de résolution des modèles, entre autre, sont sources d'erreurs systématiques qu'il est nécessaire d'éliminer si l'on veut réduire les incertitudes du climat simulé passé, présent et futur. La persistence de biais systématiques depuis plusieurs générations de modèles montre que l'on ne peut se contenter d'une approche qui consiste à inclure progressivement de nouvelles paramétrisations pour espérer réduire significativement les biais systématiques. Il est nécessaire de trouver de nouvelles stratégies d'évaluation des modèles couplés. Une approche systématique d'attribution des biais qui repose sur l'étude de l'ajustement des CGCMs initialisés proches des observations est développée dans ce travail. Il s'agit de relier les erreurs systématiques de la climatologie d'un CGCM stabilisé aux biais présents initialement, et indépendamment du couplage, dans chacune de ses composantes. Associée aux techniques d'analyse déjà existantes, comme les protocoles transpose AMIP pour l'atmosphère, la stratégie proposée forme une chaîne d'analyse complète permettant d’attribuer les biais des modèles à des paramétrisations précises. Cette approche nouvelle et structurée est généralisable à d'autres modèles et d’autres biais et permet de hiérarchiser les développements des CGCMs afin de réduire significativement les biais systématiques
Coupled General Circulation Models (CGCMs) are largely used to understand the physical processes of the climate system, and to predict climate variability from the seasonal to centennal time scales. The deficiencies of empirical parameterizations and the lack of resolution generate systematic biases that need to be eliminated in order to reduce the uncertainty of the past, present and future simulated climate. The persistence of systematic biases for several generations of models shows that the progressive implementation of development of parameterization is not sufficient to significantly reduce systematic biases. It is thus necessary to propose new evaluation strategies for coupled models. A systematic approach to diagnose the origin of biases, based on the analysis of the adjustment of coupled simulations initialized close to observation, is developped in this work. The aim is to attribute the coupled errors to biases of CGCM components that develop independently present from coupling. Associated to the existent evaluation techniques, such as AMIP type protocols for the atmosphere, the proposed strategy forms a an end-to-end strategy to attribute coupled biases to precise parameterizations. This new and structured approach can be generalized to other models and other biases, and will help to define priorities in model development to significantly reduce systematic biases

L'hydrographie de surface de la marge Pacifique nord américaine est caractérisée par le système de courants de Californie dont l'intensité répond saisonnièrement à la dynamique des cellules atmosphériques nord-est Pacifique. Sur une plus grande échelle de temps, son intensité dépend d'oscillations climatiques : l'Oscillation Australe - El Nino (ENSO) et l'Oscillation Pacifique Décennale (PDO). Les assemblages fossilisés de coccolithophoridés de bassins sédimentaires océaniques (Santa Barbara et Soledad) ont permis de reconstruire la dynamique climatique de ces oscillations sur les derniers 28000 ans. L'ENSO et la PDO ont persisté durant toute cette période et se sont renforcées au cours du temps, leur cyclicité répondant à la précession des équinoxes. Les maxima de leur intensité sont observés à l'Holocène moyen et durant le 20ème siècle. L'étude morphométrique des coccolithes montre que leur calcification est principalement contrôlée par la température des eaux de surface océaniques
The North American Pacific margin surface hydrography is characterized by the California Current System (CCS) whose intensity seasonally responds to the dynamic of northeastern Pacific atmospheric cells. On longer time scales, CCS's intensity depends on climatic oscillators: the El Nino Southern Oscillation (ENSO) and Pacific Decadal Oscillation (PDO). The fossil assemblages of coccolithophores in two oceanic sedimentary basins (Santa Barbara and Soledad) were used to reconstruct the dynamics of these climate oscillations over the last 28,000 years. The ENSO and PDO have persisted throughout this period and have strengthened over time, their cyclicity responding to the precession. The maxima of their intensity are observed during the middle Holocene and during the 20th century. The morphometry of coccoliths shows that calcification is mainly controlled by sea surface temperature

Cette these porte sur l'etude de l'ocean a travers des mesures satellitales et lagrangiennes. Les satellites altimetriques fournissent une mesure de la topographie de la surface des oceans, donc des courants geostrophiques. On suit aussi les courants marins a travers les trajectoires argos des bouees derivantes. On compare puis combine les donnees altimetriques et lagrangiennes, qui decrivent chacune en partie la circulation oceanique. Deux zones sont distinctes sont etudiees. Le pacifique tropical, avec les donnees altimetriques de geosat et les bouees derivantes du programme toga durant la periode 1987-1989, pour comparer leurs composantes oceaniques a grande echelle. Puis l'atlantique nord-est, dans le bassin acores-canaries, pour etudier la circulation mesoechelle associee au courant des acores, a l'aide des mesures de semaphore-93. Une etude de strategie de lacher des flotteurs a ete effectuee lors de la preparation de cette campagne, par une optimisation de la distribution des bouees a l'aide d'un algorithme genetique. On montre que le deploiement des bouees doit etre decale vers l'ouest de la zone, avec une distance optimale de 90-100 km entre chacune des bouees. Les donnees oceaniques de la campagne sont comparees aux mesures altimetriques des missions topex/poseidon et ers-1. Le lacher de plus de 100 bouees derivantes de trois types differents ainsi que les mesures hydrologiques de juillet a novembre 1993 nous permettent de 1) verifier la precision des donnees altimetriques, meilleure que 5 cm ; 2) mettre en evidence l'apport de l'altimetrie pour la cartographie de la circulation oceanique ; 3) quantifier la dynamique de cette zone de l'ocean, en termes de circulation moyenne, de dispersion lagrangienne et de turbulence mesoechelle (tenseur de reynolds). Enfin, on etudie la composante ageostrophique du courant en surface en comparant les trajectoires de differents types de bouees et le vent

Cette thèse a pour objectif l’étude de la dynamique de méso et de subméso-échelle de l’upwelling du Pérou. Le système de courant de Humboldt, qui caractérise l’océan au large du Pérou et du Chili, fait partie des quatre grands Systèmes d’Upwelling de Bord Est (EBUS). Ces régions sont caractérisées par d’importants gradients horizontaux de température et de densité entre la côte et le large et par la présence d’une activité biologique considérable. Ce travail est basé sur l’analyse d’observations "glider" le long d’une section répétée dans une cellule d’upwelling au large de Pisco (14◦S). L’étude de ces données in situ a permis d’apporter une description fine de la structure verticale thermohaline et des courants côtiers encore mal connus de cet EBUS. Les données recueillies ont permis de calculer le courant le long de la côte et d’en documenter la structure verticale et la variabilité. Le courant de surface et le sous-courant ont ainsi pu être décrit avec une grande précision. De plus, un courant profond dirigé vers l’équateur, encore jamais mis en évidence à cette latitude, a été observé pendant le mois d’avril 2010. La dynamique de ce courant a été analysée à l’aide de deux modèles numériques. Il a ainsi été montré qu’il pouvait être associé à la propagation vers le pôle d’une onde piégée à la côte d’origine équatoriale. La reproduction de ce signal observé par un modèle linéaire académique a permis d’établir qu’il s’agissait d’un troisième mode barocline d’onde piégée à la côte. Les données hydrologiques recueillies ont aussi permis de mettre en lumière la présence de structures de subméso-échelle subsuperficielles à proximité du front d’upwelling. Différents processus susceptibles d’affecter la répartition des propriétés thermohalines ont été étudiés pour expliquer leur présence dans la zone d’étude. Des diagnostiques dynamiques ont permis de montrer que la frontogenèse, l’instabilité symétrique entraînée par le vent et l’étirement des gradients de grande échelle par la turbulence de méso-échelle sont autant de candidats pouvant expliquer la variabilité observée à submeso-échelle dans cette région. L’action conjointe de ces trois processus est vraisemblablement responsable de la création des intrusions thermohalines observées. Ce travail a permis de mettre en évidence la variabilité du front d’upwelling à plusieurs échelles spatiales et temporelles, l’importance de la dynamique de meso et de subméso-échelle dans ce système et de souligner sa complexité. Plusieurs processus ayant une importance primordiale ont pu être décrits de manière à améliorer notre compréhension du fonctionnement de l’upwelling du Pérou-Chili
The aim of this PhD thesis is to study meso and submesoscale variability in the Peru upwelling system, one of the four major Eastern Boundary Upwelling Systems (EBUS). These regions are characterized by horizontal temperature and density gradients between the coastal area and the open sea and by an enhanced biological activity. This work is based on "glider" observations along a repeat section in an upwelling cell offshore Pisco (14◦S). This in situ data gave the opportunity to describe the hydrological and alongshore velocity vertical structure in this EBUS. The acquired data allowed to estimate alongshore velocities and to study their vertical structure and variability. The surface current and the undercurrent have thus been described in detail. In addition, a deep equatorward intermittent cur- rent was evidenced in April 2010. Its dynamic and origin were studied with two eddy-resolving high-resolution models. It has been shown that this current is probably associated with a coastally trapped wave propagating from the equatorial region to the pole. This signal was also reproduced with a simple linear model and related to a third baroclinic mode of coastal-trapped wave. Hydrological data was also used to highlight the presence of submesoscale features in subsurface near the upwelling front. Different processes able to act on the distribution of thermohaline properties were studied to estimate their impact on the region. Dynamical diagnostics have shown that frontgenesis, wind driven symmetric instability and mesoscale stirring are taking place in the upwelling frontal region and could explain the observed submesoscale variability. Joint action of these three processes is likely responsible for the formation of the observed thermohaline intrusions. Variability of the upwelling front at several spatial and temporal scales was studied and the importance of meso and submeso scale dynamics highlighted in this complex system. Crucial processes have been described in order to improve the comprehension of the Peru-Chile upwelling system

Le travail presente est une contribution a l'etude des marees en mediterranee et dans l'ocean pacifique a l'aide d'un modele hydrodynamique. La dynamique de la maree est traduite par les equations bidimensionnelles de la propagation des ondes en eau peu profonde. L'ecoulement est force par les effets directs et indirects du potentiel luni-solaire d'attraction. L'energie se dissipe sous forme de frottement sur le fonde de l'ocean. Une discritisation numerique par elements finis est utilisee. Elle est la mieux adaptee pour ameliorer la representation de la dissipation d'energie dans les zones de faible profondeur qui sont les plus dynamiquement actives, car elle permet d'augmenter naturellement la resolution spatiale dans ces zones. Une optimisation de toutes les donnees d'entree du modele est realisee: construction d'un maillage de resolution spatiale liee a la longueur d'onde d'approximation elements finis, calcul de conditions limites optimales sur les frontieres marines aux problemes de grande taille. En resultat, on sait desormais predire la maree totale en mediterranee avec une precision de 3 cm pour un signal de 20 cm. L'onde principale m#2 sur l'ocean pacifique est simulee avec une precision de 4 cm, sur la partie nord ce qui en fait le meilleur modele actuel sur cette region , la partie sud presentant des defauts locaux qui en degradent un peu la precision globale

La Baie de Mejillones (Nord-Chili, 23°S) est sous l'influence d'un centre d'upwelling du système du courant d'Humboldt. L'analyse des données d'hydrologie, de bathymétrie, ainsi que les analyses sédimentologiques, géochimiques et micropaléontologiques à partir des sédiments superficiels et des carottes ont permis d'interpréter les facteurs influant sur la sédimentation. Le dépôt de sédiments riches en phytoplancton et de matière organique est induit par les hauts niveaux de productivité primaire associés aux événements de résurgence de l'upwelling voisin. La sédimentation hémipélagique est favorisée par une circulation réduite à l'intérieur de la baie. La prédominance des conditions hypoxiques des eaux de fond favorise la préservation des sédiments laminés. L'origine des lamines est associée à des différences dans l'intensité des flux biogènes. Les lamines résultent principalement des changements d'intensité de la productivité primaire liée à l'upwelling. La détermination géochronologique (210 Pb, 14 C) a montrée qu'une lamine représente une période de quelques années jusqu'à quelques décennies. Les données des carottes et leur comparaison avec des données climatiques historiques ont permis d'interpréter les variations océano-climatiques au cours de derniers siècles. Entre 1740 et 1820 les processus de résurgence et de productivité primaire ont été relativement moins intenses que pour les périodes suivantes. Entre 1820 et 1878 l'intensification des événements de résurgence et de productivité primaire a induit un renforcement de l'hypoxie de la Zone à Minimum d'Oxygène dans la région. Ces conditions se sont maintenues durant le 20ème siècle. La variabilité océano-climatique inter-décennale est liée à des conditions de " type ENSO " définies pour le 20ème siècle dans l'Océan Pacifique. Les comparaisons avec les signaux coralliens appuient l'idée d'un forçage tropical pour ce type de variabilité climatique.

Le filtre de Kalman étendu singulier évolutif (SEEK) et sa variante interpolée, appelée SEIK, ont été implémentés et testés avec succès dans plusieurs modèles océaniques. Cependant, ces deux filtres restent chers pour une océanographie opérationnelle. L'objectif principal de notre travail est de développer des formes dégradées des filtres SEEK et SEIK qui sont moins couteux mais aussi performants. Notre approche consiste essentiellement à simplifier l'évolution de la base de correction des filtres SEEK et SEIK, qui est la partie la plus chère de ces deux filtres. Pour améliorer les performances de nos filtres dans les périodes instables du modèle, nous introduisons tout d'abord les notions d'analyse EOFs locales et mixte dans le but d'augmenter la représentativité de la base de correction. Cela nous amène à construire une nouvelle variante du filtre SEEK avec une base de correction semi-évolutive partiellement locale. Nous présentons ensuite plusieurs schémas de réglage adaptatif des paramètres du filtre SEEK. Nous terminons enfin par une comparaison entre les performances des filtres SEEK et ROEK pour montrer l'intérêt de l'évolution de la base de correction, ce dernier étant aussi introduit pour compenser le caractère non-évolutif de la base EOFs locale. Nous avons implémenté tous nos filtres dans une configuration réaliste du modèle OPA dans l'océan Pacifique tropical. Leurs performances ont été étudiées avec des expériences jumelles. Le filtre SEIK est utilisé comme une référence pour la comparaison. Les résultats de ces expériences montrent que nos nouveaux filtres sont aussi performants que le filtre SEIK, mais peuvent être de 2 à 10 fois plus rapides.

Les écosystèmes côtiers sont soumis à de nombreuses perturbations entraînant la modification de leur structure et de leur fonctionnement. Afin d'estimer les parts respectives de la variabilité naturelle et de l'influence anthropique dans ce processus, et ainsi mieux prédire l'évolution de ces écosystèmes, il est nécessaire d'appréhender la variabilité de certains paramètres (température de l'océan, productivité biologique, apports de contaminants, etc.) avant toute influence anthropique majeure. Les mesures instrumentales de ces paramètres étant assez récentes, la reconstruction de la variabilité des écosystèmes côtiers avant la révolution industrielle ne peut se faire que par l'utilisation de proxies incorporés dans différents types d'archives.
Ce travail de thèse porte sur l'utilisation de la coquille de Comptopallium radula, un mollusque bivalve tropical de la famille des Pectinidae, pour reconstruire la variabilité de l'environnement dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie, un écosystème sous l'influence de diverses perturbations (réchauffement climatique, urbanisation, exploitation minière). Cette étude repose sur la comparaison de données géochimiques archivées dans la coquille de ce pectinidé au cours de sa vie, avec plusieurs variables physiques, chimiques et biologiques mesurées dans le lagon (suivi environnemental hebdomadaire). L'objectif de cette approche est de calibrer et de mettre en œuvre différents proxies climatiques et environnementaux.
Des marquages à la calcéine, effectués in situ sur des individus juvéniles, ont tout d'abord permis de démontrer que les stries de croissance présentes à la surface externe de la coquille de C. radula se forment avec une périodicité de 2 jours.
Des analyses isotopiques (δ18O et δ13C) ont ensuite été effectuées à partir de micro-échantillons de calcite prélevés le long de l'axe de croissance maximale de 6 coquilles juvéniles. Connaissant la périodicité de formation des stries, une date calendaire a pu être attribuée avec précision à chacun de ces prélèvements (résolution hebdomadaire). Nos résultats démontrent que les variations ontogéniques du δ18Ocalcite permettent de reconstruire les variations de la température de l'eau avec une précision de 1 °C. Quant à la composition isotopique du carbone (δ13Ccalcite), elle ne peut pas être utilisée comme proxy de la production primaire pélagique. Ses variations sont vraisemblablement contrôlées par le métabolisme benthique (sédiment et coraux).
Suite à ces analyses isotopiques, des analyses élémentaires ont été effectuées sur les mêmes coquilles à l'aide d'un système d'ablation laser couplé à un spectromètre de masse à plasma induit (LA-ICP-MS). Nos résultats démontrent que C. radula, au travers des concentrations en métaux dans sa coquille, ne peut être utilisé comme outil de bio-surveillance des apports en métaux dans le lagon : les variations ontogéniques de ces concentrations reflètent probablement les variations temporelles haute-fréquence des flux de métaux à l'interface eau-sédiment. Quant au baryum et au molybdène, leurs concentrations coquillières pourraient être utilisées comme proxies des biomasses de diatomées et de diazotrophes, respectivement.
Cette étude démontre donc le potentiel considérable de la coquille de C. radula comme archive eulérienne haute-fréquence de la variabilité climatique et environnementale dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie. Elle met également en lumière l'importance des processus benthiques sur l'incorporation des signaux géochimiques dans la matrice calcitique de la coquille. Son utilisation en tant qu'outil paléocéanographique est désormais conditionnée par la découverte de gisements fossiles de l'espèce.

Les zones à oxygène minimum (OMZs) sont des régions océaniques pratiquement dépourvues d'oxygène. Au cours des derniers milliers d'années, des changements climatiques globaux ont influencé l'intensité et l'extension spatiale de ces zones. Cette thèse propose de reconstruire les concentrations en oxygène dissous des eaux de fond au large de la marge Nord Est du Pacifique pour le Quaternaire supérieur à travers trois méthodes indépendantes, ayant pour dénominateur commun l'enregistrement fossile des foraminifères benthiques. Une première méthode dite micropaléontologique, basée sur l’abondance relative de trois assemblages, est développée dans un premier article. Un second article établit une relation entre l’oxygénation et la porosité de l'espèce Bolivina seminuda, caractérisée par une variation de couverture de pores de la [O$_2$]. Un troisième article est consacré à une méthode morphométrique, basée sur un indice prenant en compte la taille et la circularité des spécimens de chaque échantillon. Chacune de ces méthodes a pu être calibrée grâce aux foraminifères benthiques prélevés dans des sommets de carottes dont la teneur actuelle en oxygène dissous est connue. Ainsi, les estimations quantitatives montrent des valeurs d'oxygène faibles ($\sim$ 0.05 mL.L$^{-1}$) durant les évènements climatiques chauds (évènements de Dansgaard-Oeschger) et plus élevées ($\sim$ 0.5 mL.L$^{-1}$) pendant les évènements froids, pouvant atteindre $\sim$ 1 mL.L$^{-1}$ durant les stades associés aux évènements de Heinrich. Dans un dernier chapitre, ces trois méthodes sont appliquées à l'OMZ de la Mer d'Arabie, et un lien entre oxygénation, mousson indienne, et régime des vents est discuté
Oxygen minimum zones (OMZs) are areas in the ocean that are almost completely devoid of dissolved oxygen. For several decades, global climate changes are known to be responsible for fluctuations in the intensity and spatial extent of these OMZs. In this thesis, three independent methods were developed for reconstructing the oxygen concentration of OMZ bottom waters during the late Quaternary. All these methods are based on benthic foraminifera preserved in the fossil record. A micropaleontological method is described in a first publication. This approach is based on the relative abundance of three benthic foraminiferal assemblages. A second publication explores the connection between oxygenation and porosity of the benthic foraminiferal species Bolivina seminuda, characterised by a pore surface area that depends on the [O$_2$]. A third article describes a morphometric approach to past oxygen reconstruction based on a semi-automatic method used to calculate an averaged size and roundness index for each sample. Recent benthic foraminifera, recovered from core-top sediments for which the modern bottom water dissolved oxygen content is known, are used to calibrate the three methods. It is found that warm interstadials (corresponding to Dansgaard-Oeschger events) exhibit conditions almost depleted in [O$_2$] ($\sim$ 0.05 mL.L$^{-1}$) while cold stadials show higher values ($\sim$ 0.5 mL.L$^{-1}$) reaching $\sim$ 1 mL.L$^{-1}$ during stadials associated with Heinrich events. In the final chapter, all three methods are successfully applied to the Arabian Sea OMZ, and a link between oxygenation, the indian monsoon, and the local wind regime is discussed

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'influence sur l'atmosphère de la variabilité des fronts océaniques associés aux extensions du Kuroshio (KE) et de l'Oyashio (OE), et de la différencier de l'influence des modes de variabilité grande échelle de la SST du Pacifique Nord, en particulier l'oscillation décennale du Pacifique (PDO). Nous utilisons pour cela la réanalyse atmosphérique ERA-Interim à partir de 1979, et des index déjà disponibles décrivant la variabilité des courants. Dans une première partie, nous nous focalisons sur l'influence du KE, en utilisant une méthode statistique de régression partielle avec décalage temporel, avec filtrage en amont du signal lié aux téléconnexions ENSO. Nous montrons que la phase positive du KE induit une réponse atmosphérique significative équivalente barotrope pendant la saison d'octobre à janvier, avec une anomalie positive de pression au centre du Pacifique Nord et sur l'ouest des Etats-Unis, et un renforcement du vortex polaire. Dans une deuxième partie, nous utilisons une méthode statistique multivariable permettant d'analyser en parallèle les réponses atmosphériques aux différents forçages océaniques pouvant être corrélés entre eux. Cette méthode permet d'inclure, outre les indices décrivant la variabilité du KE et de l'OE, les principaux modes de variabilité grande échelle de la SST tels que la PDO qui est très corrélée à l'OE, les modes tropicaux tels qu'ENSO, mais également la variabilité de la glace de mer. La réponse atmosphérique étant très dépendante de l'état moyen de l'atmosphère, nous distinguons trois saisons : le début d'hiver (OND), l'hiver (DJF), et la fin d'hiver (FMA)
The aim of this work is to study the influence on the atmosphere of the variability of the oceanic fronts associated with the Kuroshio and Oyashio Extensions (KE and OE), and to differentiate it from the influence of the main SST mode of the North Pacific, in particular the Pacific Decadal Oscillation (PDO). We use the atmospheric reanalysis ERA-Interim starting from 1979, and indices that describe the variability of the KE and OE that are already available. In the first part of this work, we focus on the KE influence, using lag partial regression analysis with the ENSO signal removed. We show that in October to January the positive phase of the KE leads to a downstream barotropic high response in the central North Pacific and over western United States, and an enhanced polar vortex. We try to understand the mechanisms behind this atmospheric response analyzing the KE influence on the synoptic activity. In the second part, we use a multivariate statistical method that allows us to analyze in parallel the atmospheric response to different oceanic forcings that may be correlated to each other. In addition to the KE and OE indices, we include in the analysis the main modes of SST variability of the tropical and northern hemisphere oceans, such as the PDO in the North Pacific and ENSO in the tropical Pacific. We also include sea ice variability in the Arctic. The atmospheric response being very dependent on the mean background flow, we distinguish between three seasons: early winter (OND), winter (DJF) and late winter (FMA)

L'objectif de ce travail est d'estimer les apports d'une topographie dynamique moyenne (MDT) déduite des données gravimétriques GRACE, pour la reconstruction de la circulation océanique du Pacifique Tropical par assimilation de données.
Les récentes avancées de notre connaissance du géoïde nous ont conduit à étudier l'impact de l'utilisation d'un signal altimétrique absolu. Un modèle (OPA) de l'Océan Pacifique Tropical, où des observations in-situ et quasi-synoptiques sont disponibles (réseau TAO), et un filtre de Kalman en rang réduit (SEEK) ont été mis au point et utilisés dans différentes configurations. La première suppose une situation pré-GRACE et utilise une MDT artificielle. La deuxième utilise une MDT observée déduite du géoïde GRACE. Conjointement à l'altimétrie, les profils de température TAO sont assimilés.
Ce travail montre l'importance d'une bonne référence pour les résidus altimétriques. Le résultat le plus important concerne la capacité du système d'assimilation utilisant GRACE à mieux composer avec des données mixtes: satellites et in-situ. Ici, l'assimilation conjointe d'altimétrie et de données TAO est plus performante grâce à la meilleure compatibilité des données.
En outre, une analyse physique, qui considère l'apport de l'assimilation à l'amélioration de la représentation de la dynamique du Pacifique Tropical, a été conduite. L'originalité de ce travail est de montrer comment l'assimilation contribue à améliorer notre compréhension des mécanismes physiques en action dans ce bassin.
De manière intéressante et rétrospective, cette analyse révèle aussi une zone (8°N) où les données GRACE semblent avoir des faiblesses qu'il serait judicieux de corriger.

Les eaux modales Subantarctiques (SAMW) sont formées dans la profonde couche de mélange au nord du front Subantarctique (SAF) dans l'Océan Austral. Elles influencent le climat à des échelles décennales et inter-annuelles et jouent un rôle fondamental dans la ventilation de la thermocline de l'Océan Austral. Nous étudions la formation des SAMW en nous fondant sur les récents flotteurs profilants ARGO et sur les dériveurs de surface GDP. Ces jeux de données fournissent une très bonne couverture spatio-temporelle des processus à l'oeuvre dans les couches supérieures de l'Océan Austral. Depuis le lancement du programme international ARGO, le nombre de profils hydrographiques a augmenté de façon considérable dans l'Océan Austral. Une analyse de ces données a montré que les flux air-mer et les flux d'Ekman sont les forçages dominants dans la formation des SAMW. Nous avons trouvé une transition rapide, autour de 70°E, des couches de mélange peu profondes en amont vers des couches de mélange très profondes en aval. Cette transition est associée à un changement de signe de la diffusion tourbillonnaire horizontale dans les couches de surface, et à l'extension méridionale de l'ACC lorsqu'il passe autour du plateau de Kerguelen. Ces effets sont directement liés à la bathymétrie et laissent place à une région de formation des SAMW au Sud-Ouest de l'Australie.

La formation des SAMW est intimement liée à la dynamique océanique Australe et à la position des principaux fronts polaires. Une deuxième étude concerne la circulation de l'ACC et la variabilité frontale. Dans cette étude, nous avons tiré parti de la complémentarité des données in situ et altimétriques afin de suivre l'évolution des deux principaux fronts de l'ACC pendant la période 1993-2005. Nous avons comparé leurs mouvements avec les deux principaux modes de variabilité atmosphérique de l'Hémisphère Sud, le mode annulaire Austral (SAM) et l'Oscillation Australe El-Niño (ENSO). La position moyenne des fronts est déterminée avant tout par les fonds océaniques. Cependant, nous avons trouvé que dans les régions à fond plat, les fronts forment de grands méandres dus à l'activité tourbillonnaire et aux forçages atmosphériques.

En parallèle, nous avons développé une nouvelle estimation de la distribution circumpolaire de la diffusion dans l'Océan Austral. La diffusion n'a presque jamais été étudiée à partir de données in situ dans cet océan. Nous avons calculé une estimation du coefficient de diffusion tourbillonnaire à partir d'une analyse statistique de dix années de trajectoires de dériveurs de surface. Nous avons cartographié ce coefficient dans l'Océan Austral, puis nous l'avons paramétré à partir de données altimétriques pour pouvoir en étudier l'évolution inter-annuelle et en faciliter l'utilisation dans le futur. Cette étude montre que l'Océan Austral est fortement diffusif au nord de l'ACC, et particulièrement près des courants de bord Ouest, c'est à dire dans la Rétroflexion des Aiguilles, dans la région du plateau de Campbell, et dans le courant de Brésil-Malouines.

Ces résultats nous ont menés à une analyse circumpolaire de la formation des SAMW, et à une meilleure conception du lien entre la dynamique océanique Australe et la formation des SAMW. La croissance constante des données hydrologiques du programme ARGO dans l'Océan Austral nous a également permis de mieux représenter la répartition des régions de formation des SAMW. Nous avons trouvé que la diffusion tourbillonnaire joue un rôle majeur dans les budgets de chaleur locaux. Au Sud des courants de bord Ouest, et au nord du SAF, la diffusion tourbillonnaire apporte de la chaleur, équilibrant et même dominant les refroidissements hivernaux dus aux flux d'Ekman et aux flux air-mer. Elle réduit en particulier la déstabilisation de la couche de mélange au nord du SAF dans l'Ouest du bassin Indien, en aval de la Rétroflexion des Aiguilles, et dans l'Ouest du bassin Pacifique, en aval du Plateau de Campbell.

Comprendre les mécanismes moteurs et pouvoir anticiper l'impact environnemental du phénomène El Niño Oscillation Australe (ENOA) constituent des enjeux scientifiques et sociétaux de première importance, notamment pour les Pays Emergents. Dans cette thèse, nous avons documenté et contrasté la signature de différents types d'ENOA - dits canoniques et Modoki - pour plusieurs variables climatiques essentielles (température et salinité de surface, niveau de la mer, courant de surface, précipitation, vent de surface, ...), analysé la pertinence de la théorie dite de recharge / décharge, une des quatre théories majeures d'ENOA, à rendre compte ou non de la nature quasi oscillatoire de ces différents types et quantifié l'impact potentiel des modifications des caractéristiques majeures d'ENOA sur notre interprétation des tendances climatiques à 'long' terme pour ces variables climatiques essentielles.

Ce travail de thèse est une contribution à la description des signaux océaniques de fines échelles dans les tropiques, fines échelles objet de la futur mission altimétrique SWOT. Ces fines échelles spatiales concernent à la fois des phénomènes dits de méso et sous mésoéchelle, produits par la dynamique océanique (tourbillons, filaments) mais aussi des ondes internes (dont la marée barocline ou marée interne). Les fines échelles sont une source importante de mélange pour l'océan. La méso et sous mésoéchelle océanique traduisent une dynamique turbulente associée à des cascades d'énergie donnant lieu à des pentes spectrales sur des spectres en nombre d'onde de niveau de la mer ou d'énergie cinétique tourbillonnaire. Les pentes spectrales des spectres du niveau de la mer altimétrique sont calculées dans la bande 250-70 km, ces pentes sont très plates dans les tropiques. Par conséquence, elles sont en désaccord aussi bien avec les théories de la turbulence qu'avec les pentes des spectres du niveau de la mer des modèles numériques. Cette thèse vise à élucider ces désaccords dans le Pacifique tropical (20°S-20°N), en quantifiant les niveaux d'énergie et les longueurs d'onde relatives à la dynamique méso-échelle et aux ondes internes. L'importance de la marée interne dans les tropiques est illustrée dans le contexte régional de la mer des Salomon, où cette marée contribue à un fort mélange dans une zone de connexion entre la région subtropicale et la région équatoriale. La première partie de la thèse est une analyse spectrale 3D (fréquence, longueurs d'ondes zonales et méridiennes) de la dynamique tropicale à partir d'un modèle au 1/12°. La région équatoriale (10°N-10°S) se caractérise par une dynamique grande échelle zonale associée aux ondes équatoriales et une dynamique fine échelle (< 600 km) marquée par des mouvements préférentiellement méridiens en lien avec les ondes tropicales d'instabilité. Dans les régions non équatoriales (entre 10° et 20° de latitude) la fine échelle est davantage isotropique, concentrée dans la bande 300-70 km, et connectée à la grande échelle zonale par un continuum d'énergie traduisant l'importance de la cascade inverse. Les pentes des spectres en nombre d'onde de niveau de la mer relatives à la méso/sous-méso échelle des différentes régions sont curieusement proches des pentes théoriques typiques des moyennes latitudes,mais restent en désaccord avec celles issues des observations altimétriques. [...]
This thesis work contributes to our understanding of the fine scale oceanic signals in the tropics, that are the focus of attention for the future altimeter mission SWOT. These fine scales concern meso and submesoscale due to ocean dynamics (eddies, filaments) and internal waves such as the barocline or internal tide. Fines scales are important source of ocean mixing. Meso and submesoscale reflect turbulent dynamic associated with energy cascades giving rise to sea surface height or eddie kinetic wavenumber spectrum slope. The observed altimetric sea surface height spectral slope evaluated in the band 250-70 km are very flat in the tropics. They disagree with turbulence theories and with sea surface height spectral slope of the numerical model. This thesis aims to remove the ambiguity of this spectra flattening in the tropical Pacific (20°S-20°N) by quantifying energy levels and wavelengths related to mesoscale dynamics and internal waves. The importance of the internal tide in the tropics is then illustrated in a regional context in the Solomon Sea, where water mass mixing plays an important role in the connections between the subtropical region and the equatorial region. The first part of the thesis is based on a 3D spectral analysis (frequency, zonal and meridional wavelengths) of tropical dynamics from a 1/12° model. The equatorial region (10°N-10°S) is characterized by large zonal dynamics associated with equatorial waves and finer scale dynamics ( < 600 km) marked by preferentially meridional movements associated with tropical instabilities waves. In the non-equatorial regions (10°-20°NS) the finer scales are more isotropic and concentrated in the band 300-70 km, and are connected to the large zonal scales by an energy continuum reflecting the importance of the indirect cascade. The slopes of the modelled sea surface height wavenumber spectra over the meso/submesoscale band in the different tropical regions are curiously close to the QG/SQG theoretical spectra typical of mid latitudes, but the slopes disagree with those from altimetry observations. Including the high frequency internal waves in a 1/36° model forced by the barotropic tide shows that coherent (predictable) internal tide is the main contributor causing the flattening of the spectra in the tropics, and particularly the M2 first baroclinic mode. However, the contribution of the incoherent (non-predictable) tide dominates at scales below 70 km and still affects scales up to 200 km. [...]

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

Ce travail avait pour but de reconstituer l'évolution de la température et du δ¹⁸O des eaux de surface et des eaux de la thermocline dans la Warmpool indo-pacifique (IPWP) en combinant la thermométrie Mg / Ca et la mesure des isotopes stables de l'oxygène sur des foraminifères planctoniques de surface et de sub-surface prélevés dans des carottes de sédiments situées dans l'océan Indien tropical oriental. Ce travail a permis de ré-évaluer les effets des différentes méthodes de nettoyage et de la dissolution in situ sur la thermométrie Mg/Ca des foraminifères planctoniques, mettant en évidence la nécessité de corrections différentes suivant les espèces. L’évolution de l’IPWP au cours des 270 000 dernières années a été reconstituée. Les résultats indiquent que le δ¹⁸O des eaux de surface reflètent principalement l'advection latérale plutôt que l'historique des précipitations régionales, et suggèrent que l'hydrologie de surface IPWP est contrôlée par la migration latitudinale de la zone de convergence intertropicale aux échelles de temps orbitales mais aussi en réponse aux événements climatiques abrupts de l'hémisphère nord (eg. événements de Heinrich). Les variations de salinité de surface sont étroitement corrélées aux changements d’export vers l’Atlantique au niveau du Courant des Aiguilles (Sud de l’Afrique). Puis, les changements dans le transport des eaux de la thermocline issues de l’ITF vers l'océan Indien ont été étudiés. Les résultats montrent que le transport était plus faible pendant les glaciations (ie. MIS 6 et 4-2) que pendant les périodes interglaciaires (ie. MIS 7, MIS 5 et Holocène) et exerçaient une influence significative sur les changements de la température de la thermocline dans l'Océan Indien
This work aimed at reconstructing the late Quaternary evolution of surface and thermocline temperature and ocean surface water δ¹⁸O in the Indo-Pacific Warm Pool by combining Mg/Ca-thermometry and stable oxygen isotope analyses on surface and thermocline-dwelling planktonic foraminifers retrieved from sediment cores in the eastern tropical Indian Ocean. This study allowed to re-evaluate the effects of different cleaning methods and in-situ dissolution on the Mg-thermometry of planktonic foraminifers, evidencing the need for species-dependent corrections. Then, the IPWP evolution over the last 270,000 years has been explored. Results indicate that surface water δ¹⁸O chiefly reflects lateral advection rather than local precipitation history, and suggest that surface IPWP hydrology is controlled by the latitudinal migration of the Intertropical Convergence Zone at orbital timescale as well as during abrupt northern hemisphere climatic events (i.e. Heinrich events). Ocean surface salinity in the IPWP and Agulhas leakage region varied synchronously, implying their teleconnection through oceanic and atmospheric circulation. Moreover, changes in the transport of thermocline water to the Indian Ocean by the Indonesian Throughflow (ITF) have been reconstructed. Results show that thermocline water transport was weaker during glacials (i.e. MIS 6 and 4-2) than during interglacials (MIS 7, MIS 5 and Holocene), and exerted significant influence on Indian Ocean TWT change

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

Ce travail porte sur la comparaison de deux familles de méthodes d'assimilation de données de rang réduit en océanographie physique : l'approche séquentielle de type filtre SEEK et l'approche variationnelle de type 4D-Var réduit. Cette comparaison est d'abord effectuée dans un cadre idéal d'expériences jumelles puis dans un cadre réaliste avec l'assimilation de profils réels de température dans l'océan Pacifique Tropical sur une année. Les caractéristiques propres à chaque méthode sont mises en évidence. La pertinence physique des résultats est vérifiée par comparaison avec des données indépendantes. On présente enfin une méthode hybride combinant l'estimation d'erreur du filtrage du SEEK et le lissage du 4D-Var réduit.