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THÈSE
THÈSE
En vue de l’obtention du
DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE
Délivré par : l’Université Toulouse 3 Paul Sabatier (UT3 Paul Sabatier)
Présentée et soutenue le (28/04/2015) par :
Pierre DAMIEN
Etude de la circulation océanique en Méditerranée Occidentale à l’aide
d’un modèle numérique à haute résolution: influence de la submésoéchelle
JURY
Frank Roux LA, examinateur Président du Jury
Sabrina SPEICH LMD, rapporteure Membre du Jury
Bernard BARNIER LEGI, rapporteur Membre du Jury
X. DURRIEU DE MADRON CEFREM, rapporteur Membre du Jury
Claude ESTOURNEL LA, directrice de thèse Membre du Jury
Patrick MARSALEIX LA, co-directeur de thèse Membre du Jury
École doctorale et spécialité :
SDU2E : Astrophysique, Sciences de l’Espace, Planétologie
Unité de Recherche :
Laboratoire d’aérologie (UMR5560)
Directeur(s) de Thèse :
Claude ESTOURNEL et Patrick MARSALEIX
Rapporteurs :
Sabrina SPEICH ,Bernard BARNIER et Xavier DURRIEU DE MADRON

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Corto Maltese en Sibérie, Hugo Pratt
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Résumé
La mer Méditerranée Nord occidentale est une des rares régions dans le monde où le phé-
nomène de convection profonde se produit au large. La circulation cyclonique locale amène des
eaux faiblement stratifiées à la surface et peut, sous certaines conditions atmosphériques hiver-
nales spécifiques à la région (vents froids venant du nord et induisant des pertes de chaleur
intenses à la surface de l’océan), mener à un mélange vertical diapycnal. Le phénomène de
convection est à l’origine des eaux qui se forment en hiver : la WIW (Winter Intermediate Water)
et les nWMDW (new Western Mediterranean Deep Waters). Quand les forçages atmosphériques
diminuent en intensité, la restratification de la zone mélangée commence par l’advection d’eaux
légères environnantes. Des structures de mésoéchelle et de submésoéchelle jouent un rôle im-
portant pendant ces évènements à la fois par l’approfondissement de la couche de mélange et
l’export des eaux nouvellement formées.
Le modèle SYMPHONIE a été implémenté avec une résolution de 1km sur le bassin nord
occidental et les évènements de convection des hivers récents ont été simulés. Le premier objectif
a été de vérifier la capacité du modèle à haute résolution à reproduire la réponse océanique
aux forçages atmosphériques en terme de formation de masses d’eau et de représentation des
structures de submésoéchelle. Cette validation a été réalisée par comparaisons avec un jeu de
données disponibles et issues de l’observation.
L’activité des petites échelles et le rôle qu’elles jouent dans un contexte d’approfondissement
de la couche de mélange en hiver ont été soulignés. La dynamique agéostrophique qu’elles dé-
veloppent par la submésoéchelle contribue à une augmentation des vitesses verticales et de la
diffusion latérale des propriétés de l’océan induisant une plus forte densification globale de la
couche de mélange. Comme conséquences, la formation d’eaux denses ainsi que la ventilation
des eaux profondes du bassin est favorisée.
Pour la première fois, la formation de SCVs (Submesoscale Coherent Vortices) suite à un évè-
nement de convection profonde a été modélisée en Méditérranée Nord-Occidentale en utilisant un
modèle numérique à haute résolution dans un contexte réaliste. Des structures tourbillonnaires
cycloniques et anticycloniques se forment à la frontière de la zone de mélange et présentent
des temps de vie parfois supérieurs à une année reflètant de très lents processus de diffusion
entre leur coeur et les eaux environnantes. Ces tourbillons sont typiques des SCVs observés
jusqu’à présent dans les zones de convection profonde, participent dans une proportion impor-
tante (~30%) à l’export des eaux nouvellement formées et jouent un rôle considérable dans la
ventilation des eaux profondes du bassin.
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