Laboratoire LEMAR – 2018
Lu WANG
MEMERY Laurent
GULA Jonathan
50 % Allocation doctorale ISBLUE | 50 % UBO EDSML
Le climat de la terre dépend d’une manière cruciale de la teneur atmosphérique des gaz à effet de serre, dont le CO2. Le transfert de ce composé vers l’océan est en partie régulée par l’activité biologique (photosynthèse) : une proportion variable de la matière biogène produite en surface est ensuite exportée sous forme particulaire vers l’océan profond, où elle est majoritairement oxydée. Accompagnée de la production de CO2 dissous, cette oxydation s’effectue à des profondeurs variables qui vont contraindre le temps pendant lequel le CO2 reste isolé de l’atmosphère (entre quelques mois et plusieurs dizaines, voire centaines, d’années). Il est donc essentiel de bien décrire les processus de ce transport et de transformation de cette matière biogène exportée dans la colonne d’eau pour mieux quantifier le stockage de carbone dans l’océan. Majoritairement sous forme particulaire, le flux de matière exportée est historiquement estimé à partir d’observations utilisant les pièges à particules mouillés entre 200 et 3000m de profondeur pendant des périodes de plusieurs jours à une/deux années. L’interprétation de ces observations se base très généralement sur une hypothèse sous-jacente extrêmement simplificatrice, à savoir que la matière collectée provient de la verticale des pièges, i.e. que l’océan est uni dimensionnel. Or non seulement l’océan est un fluide tri dimensionnel, variable dans le temps, mais il est intrinsèquement turbulent. Les nombreux tourbillons de petite et moyenne échelles peuvent transporter les particules sur de longues distances et modifier leur distribution sur l’horizontale et la verticale. Le piège à particules échantillonne de fait une zone de la surface de l’océan plus ou moins vaste et hétérogène. Par ailleurs, ces petites échelles (sous la forme de tourbillons, fronts, et filaments) produisent une très forte hétérogénéité sur la production de particules en surface, et génèrent des vitesses verticales conséquentes, qui contrôlent en grande partie les échanges entre la couche de surface et l’intérieur de l’océan. Cette complexité est exacerbée par le fait que la vitesse de chute des particules peut varier de deux ordres de grandeur (de 10 à 500 m/jour), les plus petites pouvant être transportées sur de grandes distances horizontales avant d’atteindre le piège. En outre, ces vitesses induisent un décalage temporel entre source en surface et océan profond. Enfin, au sein de la colonne d’eau, les particules interagissent (agrégation, fragmentation, etc..), ce qui implique que leur spectre de taille, et donc leur vitesse de chute, varie avec la profondeur. Basée sur une approche par la modélisation numérique, cette thèse a pour objectif d’explorer et de quantifier la (dé)corrélation du flux particulaire recueillie dans les pièges à particules en profondeur avec la distribution spatiotemporelle des particules en surface, générées par la production biologique. Estimer la représentativité d’une mesure ponctuelle d’un piège à particules constitue le contexte général de ce travail (i.e. quelle est la surface océanique de surface échantillonnée et quel est la distribution du décalage temporel entre production en surface et collecte en profondeur ?). Plusieurs questions plus spécifiques seront abordées : quel est l’impact de l’hétérogénéité à petites échelles de la production en surface et du transport en subsurface sur les flux particulaires en profondeur ? Comment les interactions entre les particules et la physique petite échelle modifient elles la dispersion et le spectre de particules en profondeur, i.e. transforment le signal initial de surface ? Est il possible de régionaliser le (dé)couplage surface intérieur de la distribution des particules en fonction du type de régime de la dynamique océanique et induire des relations entre caractéristiques des régimes de turbulence en surface et dispersion/spectre des particules en profondeur ?
CHBIDO
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