Abyssal dynamics in the eastern subpolar gyre via a primitive-equation model

Étude de la dynamique abyssale dans l’est du gyre subpolaire via un modèle aux équations primitives L’océan profond transporte les propriétés physiques des masses d’eaux et les traceurs biogéochimiques, tels que l’oxygène et le carbone, à travers différents bassins océaniques. Le retour des eaux des abysses vers la surface est un phénomène physique, dénommé upwelling, encore mal incompris. Dans cette thèse, nous utilisons des simulations réalistes de la gyre subpolaire, à partir du modèle aux équations primitives Coastal and Regional Ocean Community (CROCO), pour améliorer les connaissances sur les upwelling profonds. La circulation profonde est majoritairement contrôlée par le mélange entre des eaux de densités différentes, dit mélange diapycnal.La représentation du mélange diapycnal dans CROCO et l’impact de la résolution verticale, des schémas advectifs et du lissage de la bathymétrie est donc d’abord étudié. Une conclusion de cette étude est que le mélange diapycnal effectif est proche du mélange paramétrisé dans les régions où le fond marin est relativement plat, tandis que le mélange numérique peut localement dépasser de manière significative le mélange paramétrisé dans les régions à topographie accidentée, même lorsque la résolution verticale est augmentée. Ces résultats soulignent que la représentation du mélange diapycnal dans un modèle numérique nécessite de trouver un équilibre entre une haute résolution et un lissage topographique, d’une part, et le contrôle des erreurs numériques, d’autre part.Dans la deuxième étude, nous investiguons la physique dans les abysses. Les principaux résultats sont : (i) la vitesse verticale au fond de l’océan est contrainte par la forme de la topographie et peut atteindre jusqu’à 1 km day−1 ; (ii) des structures verticales où la vitesse verticale ne change pas de signe, reliant l’océan intérieur à l’océan profond, sont identifiées à partir de quelques mois de moyennes temporelles ; (iii) sur le long terme, 97% du domaine modélisé a un upwelling diapycnal profond, dont 33% du domaine correspond à des upwellings eulériens profonds, localisés autour de la topographie de petite échelle ; (iv) deux couches profondes distinctes où l’advection et le mélange diapycnal ont des effets opposés sur le changement de densité sont identifiés dans la BBL. Enfin, (v) sur le court-terme (quelques cycles de marée), 32 lâchers de traceurs démontrent que le mélange diapycnal permet à 24 traceurs de s’alléger et de remonter vers la surface. Ces résultats permettent de contraster la dynamique abyssale sur le long-terme et le court-terme et apportent de nouveaux éléments de compréhension et d’interprétation de récentes expériences in situ ou utilisant des modèles numériques idéalisés, bien que de nombreux travaux restent à faire.