Contribution to the Study of Transfer Processes from the Surface to the Deep Ocean in the Mediterranean Sea using in situ Measurements
Contribution à l'étude des processus de transfert de la surface de l'océan profond dans la mer Méditerranée à l'aide de mesures in situ
Résumé
This thesis is mainly focused on the variability of the vertical structure of the ocean surface and the processes of deep water formation. Results are based on many platforms measuring in-situ: ships, profiling floats, "gliders" (unmanned autonomous underwater vehicle), and surface buoy moorings. In the first part, we characterize the variability of the ocean mixed layer in the Mediterranean. We present the first Mediterranean climatology of the seasonal thermocline and the upper ocean heat storage rate based on a comprehensive collection of temperature profiles of the last 44 years (1969-2012), including more than 190,000 profiles. This climatology highlights the high temporal and spatial variability of the mixed layer and of the seasonal thermocline in the Mediterranean Sea. In the Northwestern Mediterranean, the oceanic mixed layer can reach the bottom (2300m depth) in winter, this phenomenon is known as deep convection. Recently a multi-platforms and integrated monitoring system in the framework of the Mediterranean Ocean Observing System on Environment (MOOSE) enables to monitor the deep water formation processes. For the first time, the deep convection process was monitored in the Northwestern Mediterranean on a pluriannual basis, improving our understanding of the seasonal and interannual variability of the deep convection process, together with the timescale associated to this process, the evolution of heat and salt content of the water column, the influence of surface buoyancy forcing, the thermohaline evolution of Western Mediterranean Deep Waters, and the meso- / submeso-scale eddy activity in the deep convection area.
Cette thèse porte sur la variabilité de la structure verticale de l'océan de surface et sur les processus de formation d'eau profonde. Les différents résultats présentés sont issus de nombreuses plateformes de mesure in-situ : navires, flotteurs-profileurs, «gliders» (planeurs sous-marins), mouillages et bouée de surface.
Dans une première partie, nous nous sommes intéressé à caractériser la variabilité de la couche mélangée océanique en Méditerranée. Ceci nous a permis de constituer la première climatologie en Méditerranée de la pente de la thermocline et du taux de stockage de chaleur associé, à partir de plus de 190 000 profils recueillis entre 1969 et 2012. Cette climatologie a permis de mettre en évidence en Méditerranée, une grande variabilité temporelle et spatiale de la couche mélangée et de la thermocline saisonnière. En Méditerranée Nord-Occidentale, le mélange vertical de l'océan de surface peut se faire sur de très grandes profondeurs, atteignant le fond (~2300m) lors d'hivers particulièrement froids et secs. À partir d'un très grand nombre de nouvelles observations multi-plateformes intégrées au sein du système d'observation MOOSE (Mediterranean Ocean Observing System on Environment), ce travail de thèse a permis de caractériser la variabilité saisonnière et interannuelle du processus de convection profonde, ainsi que les échelles de temps associées à ce processus, l'évolution du contenu en chaleur et en sel de la colonne d'eau, le rôle de l'atmosphère, l'évolution des eaux profondes, mais aussi l'activité tourbillonnaire de méso- et sous méso-échelle très active dans cette zone.