Pour modéliser la propagation d’εN ddans l’océan, on utilise un modèle de transport de traceurs passifs NEMO (Ethé et al., 2006). εN d est considéré ici comme un traceur passif car il n’affecte pas la circulation océanique (par opposition aux traceurs actifs comme la température et la salinité). Le modèle peut donc calculer l’évolution du traceur en off-line, c’est à dire en utilisant des sorties de champs dynamique (vitesse des courants, coefficients de diffusion), de température et de salinité préalablement calculées. Ceci ne permet pas en revanche d’effectuer des tests de sensibilité sur la dynamique du modèle général, mais le coût de calcul bien plus faible permet de faire des tests de sensibilité sur la géochimie. Le modèle de transport résoud une équation de transport, forcée par un terme «source et puits» spécifique pour chaque traceur passif C :
∂C
∂t = S(C) − U.∇C + ∇.(K∇C) (2.7)
où :
– S(C), premier terme du membre de droite, est le terme source- puits inhérent au traceur.
– le second terme représente l’advection du traceur dans les trois directions. – le troisième terme représente la diffusion latérale et verticale.
Les conditions aux limites de l’équation sont déterminées par des conditions de flux de traceurs sur le bord du domaine.
Ce modèle a déjà été utilisé dans des configurations proches de la nôtre pour la modé- lisation de tritium-hélium-3 et CFCs par exemple (Dutay et al., 2002, 2004). La principale différence dans la modélisation d’un traceur par rapport à un autre réside dans la formu- lation de son terme sources-puits.
Chapitre 3
Impact du Boundary Exchange sur le
cycle océanique du
εN d
Sommaire
3.1 Introduction . . . 49 3.2 Compilation de données de Nd sur la marge continentale . . 50 3.2.1 Résumé . . . 50 3.2.2 Isotopic Nd compositions and concentrations of the lithogenic in-
puts into the ocean : a compilation, with an emphasis on the margins. . . . 52 3.3 Modélisation de la composition isotopique du Nd à l’échelle
globale . . . 62 3.3.1 Résumé . . . 62 3.3.2 Modeling the neodymium isotopic composition with a global ocean
3.1 Introduction 49
3.1
Introduction
Afin de déterminer quels sont les processus contrôlant la distribution océanique du Nd, il est essentiel de comprendre quels sont ses apports au sein du réservoir océanique. Cette première étape dans la modélisation du cycle océanique du Nd s’inscrit dans la continuité des travaux de Tachikawa et al. (2003) et Lacan et Jeandel (2001, 2005b) concernant l’étude des termes sources-puits du Nd dans l’océan. Ces études ont suggéré que le BE est un terme important des sources-puits de l’élément (cf. Introduction générale). Le pre- mier objectif est donc de s’appliquer à tester cette hypothèse, et de voir s’il est possible de retrouver par une première approche volontairement simplifiée de modélisation avec un OGCM, les principales caractéristiques de la ditribution globale de εN d ainsi que les résultats obtenus par les observations et les premières études de modèles en boîtes. Volon- tairement, dans un premier temps, les autres termes sources (poussières atmosphériques, apports fluviaux dissous et particulaires, eaux souterraines) et puits (sédimentation) de l’élément sont négligés : on ne modélise que le BE. Ceci permet d’appréhender directement le rôle qu’il joue sur la distribution océanique du εN d, sans avoir à le découpler des autres termes d’apport ou de soustraction.
De plus, dans le cadre d’une première approche exploratoire, on considère le traceur εN d comme conservatif (hypothèse réaliste selon ce qui a été présenté section 1.2.2.1, p.25), ce qui nous permet de ne prendre en compte et de ne modéliser que la composition isotopique du Nd, sans simuler la concentration dans un premier temps. Si cette décision ne permet pas d’appréhender complètement le “paradoxe du Nd” (défini suite à l’observation du découplage de comportement de la concentration et de la composition isotopique, cf. section 1.2.3.1, p.28), elle est néanmoins cohérente sur la volonté de tester les sources et puits de l’élément. En effet, reproduire une distribution cohérente du traceur, à l’échelle globale (par la reproduction du gradient inter-bassin de εN d) et à l’échelle du bassin, voir même locale (composition des principales masses d’eau, changement de composition isotopique au contact de la marge (Lacan et Jeandel, 2005b)) est suffisant pour conclure sur l’importance du rôle du BE dans le cadre de cette étude. De plus, l’approche proposée permet d’obtenir une estimation sur le temps d’échange entre la marge continentale et l’océan ouvert permettant à la masse d’eau de changer de CI.
En revanche, l’inconvénient d’une telle approche est que l’on ne peut ni étudier, ni quantifier les processus en jeu (dissolution, scavenging, reminéralisation, chute des parti- cules, remobilisation des sédiments sur la marge continentale). Ainsi, si cette étude a pour but de déterminer au premier ordre le rôle du BE dans le cycle océanique du Nd, elle ne peut en aucun cas permettre de le quantifier. Cela sera l’objectif de l’étude du chapitre 6, p.115
Le terme de BE est paramétré au sein du modèle par une équation de rappel de la valeur εN d de l’eau en contact avec la marge continentale à la valeur εN d du sédiment sur la marge continentale :
50 Chapitre 3 : Impact du Boundary Exchange sur le cycle océanique du εN d
avec :
– εN dmarge est la valeur de εN d sur la marge continentale.
– γ = 1
τ où τ représente le temps d’échange entre l’océan et la marge continentale. – pmarge est le pourcentage de surface de marge dans chaque cellule du modèle (dé-
terminé à partir d’une bathymétrie à haute résolution : gebco-1min, disponible sur http://www.bodc.ac.uk/data/online_delivery/gebco/).
La modélisation de la composition isotopique de Nd océanique se déroule donc en deux étapes :
– détermination de composition isotopique de la marge continentale εN dmarge.
– détermination du temps de rappel τ.
Ces deux étapes sont l’objet des deux sections suivantes qui composent ce chapitre. Chacune comprend un résumé et un article publié.