Nouvelle compréhension de la dynamique océanique de petite et moyenne échelles

Mercredi, 4 mars 2015

Les chercheurs du Laboratoire de physique des océans (LPO/IUEM, CNRS / UBO / Ifremer / IRD) et de la Japan agency for marine-earth science and technology (Jamstec, Japon) ont réalisé pour la première fois au monde des simulations numériques réalistes et à très haute résolution de la dynamique de l’océan Pacifique Nord. Ils ont ainsi pu affiner leur compréhension de la turbulence océanique dans cette région, en particulier des mécanismes de formation et d’évolution des tourbillons de petite et moyenne échelle.

Une nouvelle vision de la dynamique océanique a émergé ces dix dernières années permettant de comprendre la "turbulence" océanique omniprésente sur les images satellitaires de température de surface et de couleur de la mer et liée aux tourbillons de moyenne échelle (de 200 km à 300 km de diamètre) connus pour représenter près de 80 % de l’énergie cinétique de tous les mouvements océaniques, ainsi qu’aux structures de plus petites échelles, tels les filaments allongés de moins de 10 km de large ou les fronts de température de surface.
Si l’on savait jusqu’au début de la dernière décennie que ces petites structures résultaient de l’interaction entre tourbillons de moyenne échelle, on n’en connaissait pas l’impact sur la dynamique océanique.
Or, il s’est avéré depuis que ces petites structures sont en fait instables et peuvent conduire à la formation de petits tourbillons, lesquels peuvent à leur tour donner naissance à des tourbillons de moyenne échelle selon un mécanisme de fusion tridimensionnelle, la fusion de deux petits tourbillons peu profonds produisant un tourbillon plus grand et plus profond. Ce nouveau "circuit" énergétique impliquant les petites échelles a été mis en évidence grâce à des simulations numériques à très haute résolution réalisées au cours des dix dernières années sur les ordinateurs les plus puissants à l’aide de modèles utilisant des bassins océaniques à géométrie idéalisée.

Afin de vérifier ces résultats, une équipe de chercheurs du LPO et du Jamstec a réalisé de nouvelles simulations numériques à très haute résolution sur le "Earth simulator" japonais. Plus réalistes que précédemment, car prenant en compte les côtes, la topographie des fonds sous-marins et les forçages atmosphériques issus du modèle de l’Agence météorologique japonaise, ces simulations concernent tout le Pacifique Nord.

Tourbillons océaniques dans le Pacifique Nord Ouest les 15 mars et 15 juillet 2002 tels que déterminés par les simulations numériques. Le domaine 140E-165W, 20-43N est celui analysé dans cette étude. Ayant analysé les résultats obtenus pour la partie ouest du Pacifique Nord où les tourbillons sont les plus énergétiques, les chercheurs ont confirmé l’existence des mécanismes précédemment évoqués. Ils ont en outre mis en évidence un nouveau mécanisme plus énergétique impliquant les petites échelles, à savoir la création rapide, au mois de février et sous l’effet des flux atmosphériques, de petits tourbillons proches de la surface. Ils ont par ailleurs quantifié l’impact dynamique de ces petits tourbillons : la fusion tridimensionnelle par laquelle ceux-ci donnent naissance à des tourbillons de moyenne échelle prend plusieurs mois. Ceci conduit à des tourbillons de moyenne échelle plus énergétiques (d’un facteur proche de deux) au mois de juin. Ces résultats permettent d’expliquer la forte évolution saisonnière des tourbillons de moyenne échelle, observée par altimétrie dans la partie ouest de l’océan Pacifique Nord mais restée jusqu’à présent inexpliquée, et notamment le pic qu’elle connaît en juin.
 
Ces résultats vont pouvoir être confrontés dans le futur à de plus fines observations que celles disponibles actuellement grâce au fort potentiel des altimètres de nouvelle génération comme celui de la mission spatiale franco-américaine SWOT (CNES-NASA) prévue en 2020. Ces altimètres, de résolution dix fois supérieure aux altimètres actuels, permettront d’observer à la fois les tourbillons océaniques de moyenne échelle et les structures de plus petite échelle. Associées à des simulations numériques de très haute résolution, les données de ces altimètres permettront de mieux évaluer la dispersion tridimensionnelle de traceurs et de polluants et de mieux comprendre les interactions entre processus physiques et processus biologiques (les petites structures étant associées à de fortes vitesses verticales et donc propices au développement du phytoplancton) et la manière dont l’océan rétroagit sur l’atmosphère (une rétroaction essentielle pour comprendre les changements climatiques).

Source(s): 

Impact of oceanic-scale interactions on the seasonal modulation of ocean dynamics by the atmosphere, Hideharu Sasaki, Patrice Klein, Bo Qiu & Yoshikazu Sasai, Nature Communications, 15 décembre 2014

Contact(s):
  • Klein Patrice, LPO/IUEM
    pklein [at] ifremer [dot] fr, 02 98 22 42 97

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