Modélisation multi-échelle du détroit de Gibraltar et de son rôle de régulateur du climat méditerranéen
Gonzalez, Nicolas M.
Multi-scale modelling of Gibraltar Straits and its regulating role of the Mediterranean climate
Le détroit de Gibraltar (DdG) est un chenal étroit et peu profond constituant la principale connexion entre la mer Méditerranée et l'océan global. Cette "passerelle" maritime est le siège de considérables échanges de masses d'eau, fermant les équilibres thermohalins et biogéochimiques de la Méditerranée. Malgré les larges impacts de ces échanges sur la mer Méditerranée, les différents mécanismes en jeu dans le DdG et leur influence sur le climat méditerranéen restent, jusqu'à présent, peu clairs. Cette thèse étudie les mécanismes de marée et de fine-échelle en jeu dans le DdG, leur pertinence pour le climat méditerranéen et leur représentation dans les modèles numériques. Pour ce faire, on s'appuie sur deux modèles numériques de la région méditerranéenne, offrant différentes perspectives sur le DdG et son influence à grande échelle. Le premier est un modèle océanique, utilisé en mode forcé et caractérisé par une haute résolution au DdG. Il nous permet d'étudier les mécanismes de fine échelle dans le détroit. Le second modèle, développé dans le cadre de cette thèse, est un modèle régional de la Méditerranée entièrement couplé, avec une capacité de raffinement au DdG et des marées explicites ou paramétrisées. Il nous permet de construire une hiérarchie de simulations numériques visant à isoler les influences respectives et combinées des processus de marée et de fine échelle au détroit sur la mer Méditerranée et l'atmosphère environnante. Nous nous concentrons d'abord sur la compréhension des mécanismes contrôlant la transformation des masses d'eau traversant le détroit (appelé mélange de marée ci-après). Nous montrons que le mélange de marée repose sur de fines structures dynamiques, forcées par l'interaction des courants de marée avec la topographie abrupte du détroit. Plus précisément, le mélange est causé par une intensification périodique du cisaillement vertical près du plancher océanique et un affaiblissement de la stratification verticale à proximité des obstacles topographiques, où des zones de convergence et de divergence induites par la marée alimentent des cellules de recirculation. Ensuite, nous montrons que les processus de marée et de fine échelle à l'intérieur du détroit influencent significativement l'hydrographie de la Méditerranée, en particulier sa salinité, modulant à terme la convection profonde en mer Méditerranée. Ainsi, les processus locaux au DdG affectent indirectement l'hydrographie des masses d'eau Méditerranéennes intermédiaires et profondes ainsi que les tendances hydrographiques à long terme sur les couches profondes. Pour la première fois à notre connaissance, nous révélons que ces processus ont également un impact sur l'atmosphère. Plus précisément, en été, le mélange des marées au niveau du SoG refroidit et assèche modérément l'atmosphère proche de la surface. A terme, cela entraîne une diminution modérée de la nébulosité sur la mer et les zones côtières et une diminution des précipitations sur la région de la Méditerranée occidentale. Enfin, nous étudions une paramétrisation du mélange de marée pour les modèles de la mer Méditerranée à basse résolution et sans marée. Nous montrons que la paramétrisation reproduit remarquablement bien les principales caractéristiques des transformations de la masse d'eau au travers du détroit. Cependant, des développements supplémentaires sont nécessaires pour paramétrer les mécanismes advectifs de marée. Dans l'ensemble, ces résultats soulignent que les modèles numériques de la mer Méditerranée utilisés sur des périodes décennales devraient inclure à la fois des marées explicites et une résolution kilométrique au DdG. Lorsque cela n'est pas possible, des paramétrisations devraient être utilisées. Ce travail fait un premier pas dans cette direction. </p>
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