Etudes et évaluation de processus océaniques par des hiérarchies ...

20 CHAPITRE 3. DYNAMIQUE OCÉANIQUE ET NOTION D’ECHELLE
inject. d’énergie
←cascade d’énergie inverse←
(10 7 m) −1
inst. bc/bt
geostrophie turbulence QG ? ? ?
(10 5 m) −1
? ? ?
turb. rot. strat.
dissip. d’énergie
turb. 3D
? ? ? ?→cascade d’énergie directe→
✲ k
(10m) −1
(10 −2 m) −1
Fig. 3.4 – Processus physiques principaux (première ligne) ; modèles mathématiques
adaptés (deuxième ligne) ; transport d’énergie (troisième ligne). Les points d’interrogations
montrent la subméso échelle inexplorée.
tel-00545911, version 1 - 13 Dec 2010
dynamique à ces échelles est aujourd’hui en grande partie inexplorée, son étude présente
un défi formidable en recherche de l’océanographie physique pour les décennies à venir.
Pour la circulation d’overturning le rôle de la subméso-échelle est encore amplifié
car la dynamique subméso-échelle a un effet direct sur sa dynamique à l’échelle globale.
Récemment des simulations numériques ont révélé que certains aspects à long terme et à
grande échelle sont dominés par des processus non-hydrostatiques fortement localisés en
temps et en espace. L’exemple est la circulation d’overturning de l’Atlantique du Nord
dominée par la convection en mer de Labrador et de Norvège ainsi que par le courant
gravitaire passant par le Détroit du Danemark (Willebrand et al. 2000). La localisation
est telle qu’une représentation explicite de tels phénomènes dans des modèles numériques
de la circulation globale semble impossible même dans un futur lointain. La plongée des
eaux denses, car froides et riches en sel, dans les hautes latitudes se fait dans un processus
convectif sur des régions de plusieurs dizaines de kilomètres de diamètre, appelés
cheminées, qui sont composées de panaches convectifs mesurant quelques centaines de
mètres en diamètres seulement (voir section 4.4 et 4.5 ). La simulation réaliste des panaches
convectifs nécessite donc des résolutions bien inférieures à 100m dans les directions
horizontales et verticale. Quand ces masses d’eau denses rencontrent la topographie, des
courants gravitaires sont créés, dont la dynamique est gouvernée par des processus turbulents
à petites échelles, de l’ordre d’un mètre (voir section 4.7). L’épaisseur de la veine
d’eau dense dans des courants gravitaires est autour de 100m incluant une couche d’Ekman
de l’ordre de 10m et les structures dominantes de l’entraînement par instabilité de
Kelvin-Helmholtz ont une épaisseur autour de dix mètres et une extension horizontale
inférieure à 100m. Jusqu’ ici on a considéré que la descente des masses d’eau denses vers
les profondeurs de l’océan, ce qui ne représente qu’une partie de la circulation thermohaline.
La suite du parcours des masses d’eau est moins étudiée à ce jour et plus incertaine.
Ces eaux poursuivent leurs parcours dans la forme d’un courant de bord ouest profond
(DWBC) dont la dynamique est encore peu étudiée. La remontée de ses masses d’eau est à
ces jours encore mal comprise. Plusieurs processus subméso-échelle sont supposés de jouer
un rôle important, comme la dynamique côtière, l’instabilité symétrique, la dynamique de
la couche de mélange et le déferlement des ondes internes, pour citer que quelques-uns.