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Avis de soutenance de thèse en océanographie physique par Quentin Jamet

Cette soutenance de thèse, intitulée "Variabilité de l'Atlantique Nord dans un modèle couplé idéalisé : l'Oscillation Multidécennale Atlantique", aura lieu le vendredi 27 novembre 2015 à 14h dans l'amphi A de l'IUEM.

Les observations océaniques suggèrent l'existence d'un ou plusieurs modes de variabilité dans l'Atlantique Nord sur des périodes décennales à multidécennales. Le mode principal est connu sous le nom de AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation). Les causes de cette variabilité restent cependant mal comprises. Certaines études décrivent l'AMO comme un mode océanique forcé par la variabilité atmosphérique. Basées sur des analyses statistiques, celles-ci montrent généralement la variabilité atmosphérique en avance par rapport à la variabilité océanique. D'autres études, utilisant des modèles idéalisés, le plus souvent à fond plat, décrivent l'AMO comme un mode purement océanique, où l'atmosphère serait passive. Le mécanisme proposé par ces études fait intervenir la propagation d'est en ouest d'ondes de Rossby de grande échelle à travers le bassin Atlantique, générées par instabilité barocline.

Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons aux mécanismes de variabilité basse fréquence de l'Atlantique Nord dans une série de simulations réalisées avec le modèle du MIT (MITgcm). Ce modèle est intégré dans des configurations couplées avec une résolution horizontale de 4°, 2° et 1° (pour l'océan et l'atmosphère). La géométrie de l'océan est idéalisée, avec un océan à fond plat et seulement deux barrières méridiennes pour délimiter un petit et un grand bassin. Seul le petit bassin, analogue à l'Atlantique, est étudié. Ces trois configurations reproduisent toutes une variabilité de la MOC (Meridional Overturning Circulation) entre 30-40 ans, associée à la propagation d'anomalies de température à travers le petit bassin, ressemblant à la signature d'ondes de Rossby de grande échelle. Des expériences d'océan seul, réalisées pour les configurations à 4° et 1°, montrent que la variabilité de la MOC persiste, et devient beaucoup plus régulière pour la configuration à 1°. Dans nos simulations, l'atmosphère n'est donc pas génératrice de la variabilité basse fréquence, mais amortit (et perturbe) la variabilité d'origine océanique : les ondes de Rossby sont générées par des processus internes à l'océan.

L'augmentation de la résolution horizontale renforce par ailleurs la variabilité interne de l'atmosphère, ainsi que son couplage avec l'océan. En particulier, à 1°, la variabilité atmosphérique (type NAO – North Atlantic Oscillation) est significativement corrélée à la variabilité océanique (la MOC) deux ans plus tard. De telles corrélations sont mises en évidence dans la plupart des modèles climatiques, et certaines études en déduisent que la variabilité océanique est forcée par l'atmosphère. Les expériences de sensibilité au couplage air-mer réalisées dans cette étude démontrent qu'une NAO en avance de 2 ans sur la MOC n'implique pas que la variabilité océanique réponde aux forçages atmosphériques. Ces expériences illustrent la nécessité d'interpréter les résultats d'analyses statistiques avec précaution, lorsqu'il s'agit d'identifier l'origine de la variabilité basse fréquence de l'Atlantique Nord.

 L'origine interne de la variabilité océanique par instabilité barocline de grande échelle est approfondie à l'aide de deux méthodes : une approche diagnostique (bilan de variance) et une approche prognostique (analyse locale de stabilité linéaire). La première permet de caractériser la variabilité qui se développe dans le modèle non-linéaire. La deuxième approche consiste à calculer les modes propres de la circulation océanique moyenne à l'aide d'une analyse locale de stabilité linéaire dans l'hypothèse quasi-géostrophique. Nous montrons que la prise en compte de la viscosité turbulente dans l'analyse locale permet une meilleure cohérence avec les solutions du modèle non-linéaire. Ces deux approches nous permettent finalement d'interpréter les ondes de Rossby, qui se propagent à travers le petit bassin, comme émanant d'une instabilité barocline de bord est.

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(C) Pascale Lherminier / Ifremer