Alexandre Barboni

Titre : Évolution verticale et de surface des tourbillons méso-échelle soumis aux forçages atmoshpériques : cas d'étude en Méditerranée

Encadrants : Alexandre Stegner (LMD-X), Franck Dumas (SHOM, LOPS), Xavier Carton (LOPS)

Financement : Bourse ENS

Date de début : 01/10/2020

Context 

Les tourbillons méso-échelle sont des strucutures turbulentes de 50 à 100km de diamètre, en équilibre quasi-géostrophique. Depuis 30 ans, l'altimétrie satellitaire a permis de les observer dans tous les océans du globe, et de montrer qu'ils représentent près de 60 % de son énergie cinétique. De nombreuses études ont montré que les tourbillons méso-échelle avaient un impact sur les propriétés physiques, biogéochimiques (échanges gazeux, production biologique) ainsi que les interactions océan-atmosphères. 

Cependant les structures méso-échelle ont essentiellement été étudiées de manière moyennée, régionalement et temporellement. Cette approche empêche ainsi de suivre une structure individuelle pour comprendre son évolution. Une deuxième limite tient à ce que la majorité des données océanographiques sont des mesures de surface. La structure verticale des tourbillons est donc mal connue, et a fortiori son évolution temporelle. Ces deux limites peuvent depuis peu être repoussées. Des avancées récentes dans la détection des tourbillons permettent de les suivre dans une approche lagrangienne. De plus le programme Argo de flotteurs autonomes a permis depuis 20 ans d'accroitre significativement la quantité de profiles verticaux mesurés dans l'océan. La combinaison de ces deux outils permet de suivre l'évolution verticale d'un tourbillon. 

C'est dans cette optique qu'a été réalisé pour la mer Méditerranée l'Atlas DYNED, qui colocalise profiles Argo avec les détections de tourbillons à partir des données altimétriques AVISO. La mer Méditerranée est une mer semi-fermée aux enjeux multiples, qui combine l'avantage d'une présence de structures méso-échelle à longue durée de vie, notamment dans son bassin oriental, ainsi qu'une forte densité d'observation in situ. Elle est donc un terrain d'étude intéressant pour l'étude des tourbillons. 

Une piste intéressante pour comprendre l'évolution des tourbillons est leur effet sur les flux atmosphériques avec la variabilité saisonnière. Mon travail explore l'impact des tourbillons sur ces flux, notamment la rétroaction induite dans les flux de chaleur (refroidissement par évaporation plus importante) et de quantité de mouvement (mécanisme dit "eddy-killing"). Dans cette thèse on essaiera ainsi de comprendre quels sont les processus physiques et intéractions océan-atmosphère dominant l'évolution des tourbillons.

Principaux objectifs poursuivis par cette thèse

- Suivre et décrire l'évolution verticale de tourbillon méso-échelle sur plusieurs années

- Comprendre les processus dominant l'évolution de leur structure à l'échelle saisonnière

- Evaluer les processus de mélange induit à l'échelle d'un tourbillon

- Reproduire de manière fidèle ces processus dans des simulations idéalisées (plan f doublement peŕiodique avec flux réalistes)

Outils

- Analyse de données croisées in situ et télédéction (Atlas de tourbillon DYNED, profiles in situ Argo, SST satellitaire)

- Simulation numérique haute-résolution sur le modèle CROCO