Étude de la dynamique de la couche de surface et des interactions surface/océan dans l’Océan Austral sous la glace de mer - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2018

Study of the dynamics of the ocean mixed-layer and interactions surface/ocean in the Southern Ocean under the sea-ice

Étude de la dynamique de la couche de surface et des interactions surface/océan dans l’Océan Austral sous la glace de mer

Résumé

The Southern Ocean is a key region for the understanding of the global ocean circulation, known as the meridional overturning circulation, and for the climate as a whole. In this region, a large majority of the ocean’s water masses are ventilated in the surface layer, before being sent back to the deep ocean, thus influencing the water column from surface to bottom. In particular, deep, old, relatively warm, and carbon-rich waters formed in the North Atlantic Basin (the Circumpolar Deep Waters), rise to the ocean surface in the sub-polar region of the Southern Ocean, covered by sea-ice in winter, and thus come into contact with the atmosphere, exchanging heat, carbon, and other gases. The surface layer of the Southern Ocean is therefore a central element for understanding the global ocean circulation. This surface layer is mixed by turbulence generated by the mechanical and thermodynamic interactions at the atmosphere-ocean-ice interface. Despite their fundamental role in the global ocean circulation and climate, the structure and characteristics of the mixed-layer, as well as the processes responsible for its evolution, are still poorly understood in the Antarctic Polar Region due to a significant lack of in-situ observations. However, the international MEOP program, launched in the 2000s, has led to the deployment of thousands of hydrological sensors on Elephant Seals that travel around the sub-polar ocean and send their temperature and salinity records by satellite. This observation program offers a unique spatial coverage of new data that cover the entire seasonal cycle, especially in winter. In this thesis, we exploit this dataset by combining it with other more conventional data (Argo floats, scientific cruises), to bring a new perspective on this unknown region. Based on these observations, we describe the climatological properties and dynamics of the mixed-layer under Antarctic sea-ice. The vertical transfers between the mixed-layer and the deep ocean, associated with the meridional overturning circulation, and the hydrographic variations of the water masses in the mixed-layer, are described at seasonal and inter-annual time scales. The results highlight and quantify the critical role of freshwater fluxes, induced by sea-ice and precipitations, on the transformation of water masses under the sea-ice. Our findings suggest that changes in the intensity of these freshwater fluxes would directly affect the buoyancy budgets of the mixed-layer and impact the large-scale overturning circulation.
L’océan Austral est une région clé pour la compréhension de la circulation océanique globale, connue sous le nom de circulation de retournement, et la compréhension du climat. C’est dans cette région qu’une large majorité des eaux océaniques de la planète sont ventilées dans la couche de surface, avant d’être réexpédiées dans l’océan profond, influençant ainsi la colonne d’eau jusqu’à son fond. En particulier, des eaux profondes, vieilles, relativement chaudes, chargées en carbone et formées dans le bassin Atlantique Nord (les eaux circumpolaires profondes), remontent en surface dans la région sub-polaire de l’océan Austral, recouverte en hiver par la banquise, et entrent ainsi en contact avec l’atmosphère, échangeant chaleur, carbone, et autres gaz. Ainsi la couche de surface de l’océan Austral est un élément central pour la compréhension de la circulation océanique planétaire. Cette couche de surface est mélangée par la turbulence générée par les interactions mécaniques et thermodynamiques à l’interface atmosphère-glace-océan. Malgré leur rôle fondamental dans la circulation océanique globale et dans le climat, la structure et les caractéristiques de la couche de mélange, ainsi que les processus responsables de leur évolution, sont encore mal compris dans la région polaire antarctique en raison d’un manque important d’observations in-situ. Cependant, le programme international MEOP, lancé dans les années 2000 a conduit au déploiement de milliers de capteurs hydrologiques sur des éléphants de mer qui sillonnent l’océan sub-polaire en envoyant des relevés de température et de salinité par satellite. Ce programme d’observation offre une couverture spatiale de données inédites couvrant l’ensemble du cycle saisonnier et notamment l’hiver. Dans cette thèse, nous exploitons ce jeu de données en le combinant à d’autres plus conventionnels (flotteurs Argo, campagnes en mer), afin d’apporter un nouveau regard sur cette région méconnue du globe. Nous décrivons à partir de ces observations, les propriétés climatologiques et la dynamique de la couche de mélange sous la glace de mer en Antarctique. Les transferts verticaux entre la couche de mélange et l’océan plus profond, associés à la circulation de retournement, et les variations hydrographiques des masses d’eau dans la couche de mélange y sont décrits aux échelles de temps saisonnières et inter-annuelles. Les résultats soulignent et quantifient le rôle primordial des flux d’eau douce, issus de la glace de mer et des précipitations, sur la transformation de masses d’eau sous la banquise. Nos conclusions suggèrent que des changements dans l’intensité de ces flux d’eau douce pourraient directement affecter les budgets de flottabilité de la couche de mélange et impacter la circulation de retournement à grande échelle.
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tel-01910121 , version 2 (25-04-2019)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01910121 , version 1

Citer

Violaine Pellichero. Étude de la dynamique de la couche de surface et des interactions surface/océan dans l’Océan Austral sous la glace de mer. Océanographie. Sorbonne Université, 2018. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01910121v1⟩
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