Thématiques

Les thèmes de recherche étudiés par l'équipe:

De la sous-mésoéchelle à la grande échelle: variabilité régionale, saisonnière et interannuelle dans le Pacifique Nord

Les résultats que nous avons obtenus ces trois dernières années, relatifs à une simulation réaliste de haute résolution (2-3 km) du Pacifique Nord réalisée avec nos collègues japonais du Earth Simulator, ont révélé une richesse de régimes de structures de fines échelles, totalement occultée dans les simulations idéalisées (cf. bilan), et qui parait modulée par les modes de bassins propres à cet océan. Dans le cadre de la collaboration Ifremer-Jamstec, il est prévu de réaliser une simulation numérique réaliste du Pacifique Nord sur au moins dix ans avec une résolution horizontale de 1/100e de degré et 400 niveaux verticaux. L’objectif est de cerner l’interaction des fines échelles (certaines n’étant pas actuellement suffisamment résolues) avec les modes de bassin (en particulier sur l’instabilité de ces modes) et de quantifier les conséquences sur la variabilité interne mésoéchelle et grande échelle de la circulation océanique. Cette simulation, qui devrait être unique au monde, tournera sur la machine « K » au Japon et devrait débuter en janvier 2016.

Méthodes de diagnostic de la dynamique 3D à haute résolution à partir de capteurs satellitaires:

Le problème des données satellites est l’incohérence entre résolution spatiale et temporelle. Ce problème est exacerbé pour les prochaines données altimétriques (SWOT et COMPIRA) de très haute résolution spatiale mais faible résolution temporelle. D’où la nécessité de développer de nouvelles méthodes d’interpolation dynamique permettant de résoudre ce problème. Notre équipe a déjà fait des avancées importantes dans ce domaine (cf. bilan). Nous continuerons à améliorer les méthodes existantes et en développeront de nouvelles à partir des simulations réalistes de très haute résolution mentionnées précédemment. Ces études seront réalisées, bien sûr avec le LOS, et également dans le cadre de nos coopérations nationales (IPSL à paris et LEGOS/CLS à Toulouse) et internationales (Caltech/JPL, et JAMSTEC). Rappelons que l’objectif de ce thème (outre l’aspect « océanographie opérationnelle ») est l’estimation de flux de chaleur et de quantité de mouvement associés aux fines échelles qui permettront de mieux quantifier les transferts non-linéaires d’énergies entre échelles.

Interactions entre les ondes de marées internes et la turbulence méso et sous-mésoéchelle:

L’étude des interactions entre ondes de marées internes et turbulence méso et submésoéchelle connaît actuellement un fort regain d’intérêt dans le cadre des futures missions altimétriques de très haute résolution du fait de leur contributions similaires à la SSH dans la gamme des moyennes et petites échelles. La question est comment séparer ses contributions pour pouvoir diagnostiquer proprement la dynamique océanique à partir de ces données spatiales. Les premiers résultats obtenus par notre équipe (cf. bilan) sont particulièrement prometteurs et seront poursuivies en utilisant notamment la simulation réaliste globale de très haute résolution du JPL/MIT qui intègre la marée interne. Ceci sera réalisé en lien avec le thème précédent dans le cadre de nos projets internationaux SWOT impliquant Caltech/JPL et Scripps.

Rôle des structures de très fines échelles dans le bilan énergétique de l'océan:

Le caractère universel des structures de très fines échelles (peu épaisses: de 10m à 80m, mais très longues: ~50km) – omniprésentes dans les observations issues de la sismique dans la colonne d’eau ou celles résultant des gliders ou des éléphants de mer – et les études récentes (notamment de notre équipe) sur ces structures indiquent clairement la signature d’une route vers la dissipation d’énergie catalysée par la turbulence méso et sous-mésoéchelle. Notons que ces structures apparaissent dans les simulations réalistes globales à très haute résolution. Notre équipe va poursuivre ces études en utilisant des modèles idéalisés de résolution très élevées sur une large gamme d’échelles mais dans un cadre non-hydrostatique. Leur configuration s’appuiera sur l’analyse des simulations réalistes et aussi sur l’analyse de données récentes obtenues notamment avec des gliders (OSMOSIS, SPICE) qui sont les seules données à capturer ces phénomènes. Ces études se feront en collaboration avec les équipes nationales (LADHYX/Polytechnique et IRPHE). L’objectif est tester la pertinence de la paramétrisation de la dissipation (dissipation à gradient ou à contre- gradient ?) dans les modèles réalistes de très haute résolution.

Dynamique des outflows des mers marginales (mer Méditerranée, golfe Persique, mer Rouge):

L’importance de ces régimes d’outflow sur la circulation océanique globale est décrite dans la partie bilan. L’intensité de la turbulence méso et sous-mésoéchelle et sa variabilité temporelle joue un rôle majeur sur les transports de chaleur et de sel associés à ces outflows. Ces études vont se poursuivre à l’aide de l’analyse des données d’observations in-situ existantes (notamment SHOM - Physindien 2014) et futures et à partir de simulations numériques utilisant des modèles de complexité croissante. Certains résultats seront confrontés à ceux obtenus dans la simulation réaliste globale de très haute resolution (Caltech/JPL-MIT). Il faut souligner que ces études bénéficient d’une forte collaboration avec le SHOM notamment pour la partie expérimentale, également avec le LADHYX pour la partie « études de processus ». Il faut également mentionner le lien entre ces études d’outflows et celles plus génériques concernant les structures de fines échelles mentionnées précédemment. 

Dynamique des courants de bord:

Dans les zones proches des côtes, la topographie joue un rôle essentiel car elle génère de forts courants de bords, souvent instables produisant donc une turbulence méso et sous-mésoéchelle. Un laboratoire naturel de ces processus considéré par notre équipe (cf. bilan) est le pourtour du continent Africain où l’on trouve les tourbillons (anneaux du Mozambique) les plus énergétiques de la planète. Nous comptons poursuivre ces études en particulier sur l’instabilité de ces courants de bord (un problème encore mal résolu dans les modèles réalistes dans cette région). On se posera aussi la question de l’impact de ces instabilités sur les écosystèmes marins. La méthode utilisée sera toujours la modélisation numérique, réaliste et idéalisée, mais avec des résolutions bien plus élevées. Cette thématique s'inscrit dans le contexte international du LMI ICEMASA, du groupe de travail SCOR/WCRP/IAPSO 136 sur l'importance climatique du Courant des Aiguilles et de la Jeune équipe associée a l'IRD (JEAI) MOCA.

Impact de la turbulence de méso-échelle et du couplage sur la variabilité décennale de la circulation océanique Atlantique:

Une hiérarchie de modèles océaniques à basse-résolution a montré un mécanisme robuste de variabilité basse-fréquence de la circulation thermohaline Atlantique qui repose sur la propagation d'ondes de Rossby continuellement excitées par une instabilité barocline de grande échelle (voir bilan). Une étude récente à plus haute résolution en géométrie simplifiée montre une influence modérée de la turbulence méso-échelle sur cette variabilité. Le rôle de certains processus reste néanmoins à clarifier, notamment les interactions avec la topographie, l'influence des fronts, et la relation entre instabilité locale et globale. En parallèle les modèles forcés par le vent (pompage d'Ekman constant), couplés à l'atmosphère, ou les modèles PE DRAKKAR, montrent une variabilité basse-fréquence robuste et générique (oscillateur turbulent) qui doit son existence aux tourbillons océaniques de méso-échelle -- leur résolution explicite est donc indispensable pour reproduire cette variabilité. La question fondamentale est donc de déterminer quel mode de variabilité s'exprime lorsque les deux forçages sont présents (éolien et thermohalin) dans l'océan réel, ou s'ils peuvent coexister, comment les distinguer ? On s'attachera notamment à préciser leurs caractéristiques dans des configurations réalistes de l'Atlantique et globales. La variabilité basse-fréquence associée à la circulation thermohaline est particulièrement sensible aux conditions aux limites appliquées en surface, en particulier sur la température (flux ou rappel). Dans le même souci de réalisme, la prise en compte du couplage atmosphérique est donc fondamentale, d'autant plus que la résolution des structures méso-échelles océaniques peut être déterminante pour la réponse atmosphérique. Une hiérarchie de couplages est donc envisagée à différentes résolutions. Ces études bénéficieront d'interactions avec des équipes du LGGE, du LOCEAN et du LMD.