Proposition de sujet pour une thèse CIFRE chez Actimar ... - ANRT

Proposition de sujet pour une thèse CIFRE chez Actimar
Cartographie des ondes internes dans le golfe de Guinée.
Contexte
Le golfe de Guinée est une région d'intérêt pour les compagnies pétrolières ainsi que pour la Marine
Nationale ; afin de mieux répondre aux besoins de ses clients, la société Actimar cherche à
améliorer les outils et les compétences qu'elle peut déployer dans cette région.
Une thèse CIFRE co-encadrée par Actimar vient de se terminer, qui avait pour objet la variabilité de
la salinité de surface dans le Golfe de Guinée [1]. Ce travail se prolonge actuellement par la
confrontation des résultats issus de modélisation (NEMO) à des mesures de courant in situ
(TOTAL). Cependant cette comparaison modèle-mesures ne concerne que la variabilité « bassefréquence
» (moyenne journalière) des courants alors que leur composante « haute-fréquence »
(semi-diurne, typiquement) peut-être significative et donc importante pour les opérations offshore.
La variabilité haute-fréquence des courants de surface peut provenir de nombreux mécanismes mais
l'objet du travail de thèse sera d'évaluer un processus particulier, à savoir les ondes internes. Cellesci
sont le plus souvent générées par la marée, que ce soit en interaction avec la bathymétrie ou avec
un panache fluvial. Il est en effet à noter que des solitons (évolution non linéaire des ondes internes)
ont été observés dans la région du Golfe de Guinée [2] et constituent une contrainte d'exploitation
avérée en matière d'opérations offshore dans cette région [3]. Pourtant, le golfe de Guinée est une
région peu étudiée en matière de marée interne.
L'étude proposée est de nature principalement numérique. L'outil retenu est le code HYCOM
(http://hycom.org/), qui présente des atouts spécifiques en matière de modélisation des marées
internes (coordonnée isopycnale, [4]).
Objectifs
Le projet dans son ensemble visera à répondre aux questions suivantes :
1. Les ondes internes observées en surface dans le Golfe de Guinée sont vraisemblablement
forcées par la marée, mais par quelle processus ? Il peut s'agir de différents effets
bathymétriques (talus continental, canyons, monts sous-marins) ou encore d'une interaction
entre la marée et les panaches fluviaux (Niger).
2. Les courants ainsi générés peuvent-ils contribuer à une part significative de la variabilité
observée en surface ? Pour répondre à cette question, il faudra aussi analyser spécifiquement
les « hautes-fréquences » dans les données disponibles, notamment en matière de
courantologie in situ.
3. Nonobstant l'amplitude réelle du phénomène, où se trouvent les zones de génération les plus
énergétiques, et les directions principales de propagation des marées internes dans le golfe
de Guinée ?
4. Comment appliquer la cartographie établie précédemment à l'optimisation d'un réseau de
surveillance (monitorage environnemental) pour un site particulier, afin de prévoir (à court
terme) l'arrivée de perturbations de type « soliton » ? Quels instruments utiliser ? On
évaluera en particulier l'aptitude des radars HF (avec lesquels Actimar dispose d'un savoirfaire
certain) à s'insérer dans un tel système de « monitorage prédictif des solitons ».
5. Quel lien peut-on établir avec les travaux en cours dans l'équipe d'Arbic [6] ? Est-il
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Méthodologie
techniquement envisageable de « brancher » la configuration établie pour l'étude de
processus sur les champs mondiaux issus de ce projet ?
T1/ La première tâche du travail consistera à déployer une configuration Hycom en coordonnée
isopycnale (type « Micom ») sur l'emprise de la Figure ci-dessous : à l'Ouest de 8°W et au Nord de
1°S. La résolution spatiale visée est le mille nautique (environ 1.8 km), soit une grille horizontale
d'environ 1080*420 points. La configuration numérique s'inspirera fortement de celle employée au
SHOM pour les marées internes du golfe de Gascogne (voir par exemple [4]) : il n'y aura ni flux airmer
ni circulation régionale ni fleuves à ce stade, mais les résolutions temporelle et verticale
devront être adaptées aux marées externe et interne. Cette tâche est primordiale et le reste du travail
dépendra de son accomplissement.
N.B. Le modèle devra inclure le plateau continental jusqu'au trait de côte, ce qui demandera sans
doute des stratégies ad hoc pour ne pas réfléchir les ondes internes à la côte (étroitesse du plateau
continental dans le golfe de Guinée).
T2/ « Cartographie » des ondes internes dans la solution numérique. La solution numérique obtenue
en T1 sera analysée pour porter un premier diagnostic sur les marées internes du Golfe de Guinée :
- zones de génération ;
- directions de propagation (y compris dans le plan vertical) ;
- identification des radiales les plus propices, d'après la solution numérique (hydrostatique),
à la transformation de marées internes en « solitons » (non hydrostatique).
T3/ Comparaison des résultats numériques aux mesures disponibles, que ce soit en matière
d'imagerie spatiale (e.g. [2] : SAR, photographies, etc.) ou de mesures in situ : l'étudiant(e) pourra
notamment se rapprocher de l'IRD et du consortium pétrolier. L'attention se portera sur la bande
« haute fréquence » des mesures (période semi-diurne ou inférieure).
T4/ Ce travail ne concernera pas directement l'évolution non-linéaire que constituent les solitons,
car cela nécessite un modèle non-hydrostatique et une résolution spatiale qui ne seront pas
envisagés dans ce travail. On évaluera par contre l'opportunité d'utiliser un modèle semi-analytique
en configuration radiale (e.g. [5]) pour « extrapoler » l'amplitude probable des solitons à partir du
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diagnostic de la solution numérique hydrostatique, du moins si des radiales propices ont été
identifiées en T2.
T5/ Passage en coordonnée hydride et test de l'implémentation AGRIF dans HYCOM. L'objectif T6
sera abandonnée si cette tâche n'est pas couronnée de succès, c'est-à-dire si le processus « marée
interne » est filtré dans la nouvelle configuration (hybride et/ou AGRIF).
T6/ Etude de l'interaction des marées internes avec :
- le panache du Niger (injection directe du fleuve) ;
- la dessalure de la baie de Biaffra (en l'absence de flux air-mer, cette dessalure sera donnée en
condition initiale) ;
- les canyons qui indentent le talus continental, comme celui du Trou sans Fond au droit d'Abidjan.
Collaborations
- SHOM, spécialement en T1 et T5 pendant lesquelles l'étudiant(e) travaillera dans les locaux du
SHOM à Brest. La durée approximative de T1 est évaluée à 3-6 mois.
N.B. Le lieu de travail pour les autres phases du projet sera chez Actimar, site de Brest. Des
missions sont à prévoir sur Toulouse.
- Fourniture de données de validation (données satellite, profils T/S et U-V) : SHOM, IRD,
compagnies pétrolières.
Références
[1] Berger, H. (2012) : Origine des variations de la salinité de surface dans le Golfe de Guinée :
analyse saisonnière et interannuelle à partir d'un modèle numérique. Thèse de doctorat, Université
de Bretagne Occidentale, 170 p.
[2] Global Ocean Associates (2004) : An atlas of oceanic internal solitary waves – West central
Africa. Office of Naval Research, p.215-26.
[3] Begot, T. (2007) : Etude préparatoire à la mise en place d'un outil de prédiction d'ondes internes
dans le Golfe de Guinée – Rapport de stage. Actimar, 54 p.
[4] Pichon, A. & S. Corréard (2006) : Internal tides modelling in the Bay of Biscay – Comparisons
with observations. Scientia Marina 70, 65-88.
[5] Holloway, P.E., E. Pelinovsky, T. Talipova & B. Barnes (1997) : A nonlinear model of internal
tide transformation on the Australian North West shelf. Journal of Physical oceanography 27, 871-
96.
[6] Arbic, B.K., J.G. Richman, J.F. Shriver, P.G. Timko, E.J. Metzger & A.J Wallcraft (2012) :
Global modeling of internal tides within an eddying ocean general circulation model.
Oceanography 25, 20-9.
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