Synthèse des résultats

L'objectif de ce chapitre était de présenter la circulation moyenne autour du plateau de Kerguelen, telle que déduite des observations disponibles à ce jour. Les principaux jeux de données utilisés sont :

 8 sections synoptiques obtenues à l'aide d'éléphants de mer instrumentés,  la climatologie de la hauteur moyenne de la mer CMDT,

 les stations CTD de la campagne KEOPS,

 les stations CTD+courants de la campagne TRACK.

Dans la première partie, publiée dans le Journal of Marine Systems [Roquet et al., 2009], nous avons proposé un nouveau schéma de circulation dans la région du plateau de Kerguelen et en amont dans le Bassin d'Enderby. Ce schéma est re-donné sur la gure 3.9. Il a notamment pu

Figure 3.9: Schéma de la circulation océanique proposé par Roquet et al. [2009], à partir de l'analyse de données d'éléphants de mer combinées avec des données historiques et satellitales. être démontré qu'un courant intense traverse le Fawn Trough, et que les masses d'eau formant ce courant proviennent de deux branches, l'une passant au sud du Conrad Rise, et l'autre au nord. Plus près du Fawn Trough, il a pu être montré que la majorité des masses d'eau du courant de Fawn passent au sud d'Elan Bank. Les masses d'eau longeant le nord d'Elan Bank passent plutôt sur une partie moins profonde du plateau (∼1000 m), juste au sud des îles Heard. Cette branche secondaire est associée à l'isotherme 1 °C dans la couche du minimum de température de subsurface.

En synthétisant les études précédentes [Park et al., 1993, McCartney and Donohue, 2007, Park et al., 2008c, Roquet et al., 2009], Park et al. [2009] ont pu proposer un schéma des prin-cipales branches du CCA et du gyre Australo-Antarctique près du plateau de Kerguelen (Fig. 3.10). Mais la principale nouveauté est d'avoir pu quantier pour la première fois le transport des diérentes branches traversant le plateau de Kerguelen, à partir des mesures directes ef-fectuées pendant la campagne TRACK. Dans ce nouveau schéma, le courant du Fawn Trough, qu'ils associent au Front Sud du CCA, transporte 43 Sv, formant ainsi la seconde branche du CCA après la branche passant au nord du plateau de Kerguelen (89-94 Sv). Trois autres branches mineures sont identiées : la première au sud par le passage Princess Elizabeth Trough (7 Sv), la seconde longeant le anc sud des îles Heard (6 Sv), et la troisième longeant le anc sud des îles Kerguelen (2 Sv). Cette dernière branche, associée au Front Polaire, est extrême-ment faible à cause de la faible profondeur où elle passe (500 m). Par ailleurs, le transport du gyre Australo-Antarctique est estimé à 36 Sv le long du anc est du plateau de Kerguelen. La limite entre la branche sud du CCA et le gyre Australo-Antarctique est dénie par un critère

Figure 3.10: Schéma des principaux passages du CCA (lignes continues) et du courant de bord ouest profond du gyre Australo-Antarctique (lignes discontinues), avec leur transport associé (en Sv) obtenus à partir de mesures directes de courant pendant la campagne TRACK. Abbréviations : SAF Front SubAntarctique, PF Front Polaire, SACCF Front Sud du CCA, SB Limite Sud du CCA, KIs Iles Kerguelen, HMIs Iles Heard, FT Fawn Trough, CS Chun Spur et PET Princess Elizabeth Trough. Tiré de Park et al. [2009].

hydrologique proposé par McCartney and Donohue [2007], basé sur la température au fond. Selon ce critère, les prols dont la température au fond est <0.1 °C sont dans la zone du gyre Australo-Antarctique, tandis que les autres appartiennent au CCA. Au nal, Park et al. [2009] estiment que 58 Sv traversent le plateau de Kerguelen au sud des îles Kerguelen, soit ∼40 % du transport total du CCA dans cette région (∼150 Sv), dont ∼30 % directement associé au courant du Fawn Trough.

Plusieurs problématiques restent encore à traiter dans la région :

 Quelle est la variabilité du transport du courant du Fawn Trough ? Quelles sont les causes de cette variabilité ? L'analyse du jeu complet de TRACK, et en particulier des données courantométriques des lignes de mouillage devrait nous en apprendre beaucoup sur cette question.

 Quelle est la variabilité du transport du courant de bord ouest profond ? Un important déploiement de mouillages courantométriques sur le anc est du plateau a été réalisé récemment dans un projet commun au Japon et l'Australie. Ces données devraient ap-porter d'importantes informations au sujet de la variabilité du transport du gyre

Australo- Quelle est la structure à ne-échelle de la circulation en aval du Fawn Trough, notam-ment près du Chun Spur ? L'analyse détaillée des diérentes radiales de TRACK est programmée pour l'année à venir.

 Quel est le transport associé à la branche du talus antarctique qui part vers l'ouest le long du talus antarctique ? Cette question reste un des principaux points d'interrogation concernant la circulation générale dans la région. Heywood et al. [1999] ont mesuré un transport de 45 Sv traversant le passage Princess Elizabeth Trough vers l'ouest, mais il n'est pas exclu qu'une partie substantielle de ce transport puisse retourner dans le gyre Australo-Antarctique après une brève excursion à l'ouest du Passage Princess Elizabeth. De plus, cette estimation de 45 Sv doit être considérée avec prudence, car elle a été obtenue par recalage des prols de vitesse géostrophique par des mesures de courant de surface, et non pas sur des mesures directes de courant comme dans Park et al. [2009] par example.

An de traiter ces problématiques, une stratégie alternative à l'observation est l'utilisation de modèles numériques de l'océan. Bien que les modèles ne puissent en aucun cas remplacer les observations, ils peuvent fournir des informations très précieuses sur la circulation océanique, sa variabilité et sa dynamique sous-jacente. Dans le chapitre suivant, nous allons essayer de mieux comprendre ce qui contrôle la circulation observée autour du plateau de Kerguelen, en analysant des sorties de modèles généraux de circulation océanique.

Analyse de la circulation océanique

simulée par un modèle numérique réaliste

4.1 Introduction

Dans la seconde partie, plusieurs jeux de données d'observation ont été analysés autour du plateau de Kerguelen. Ces analyses ont fourni de nombreux indices sur la position et les caractéristiques des fronts et masses d'eau au passage du plateau de Kerguelen, permettant de proposer un nouveau schéma de circulation régional. Dans cette partie, nous nous concentrerons sur l'étude d'un modèle de circulation générale océanique (OGCM : Ocean General Circulation Model) dans la région de l'Océan Indien Sud.

La modélisation numérique a révolutionné notre compréhension de l'océan en nous orant un moyen d'étudier de manière intime la circulation océanique et sa variabilité par une intégration directe des équations physiques de l'océan, lorsque les campagnes d'observation in situ restent très chères et isolées, et que les satellites ne voient que la surface de l'océan. Pour autant, les sorties de modèle ne sauraient se substituer aux observations, car elles sont entachées d'erreurs et de dérives dûes aux nombreuses hypothèses et simplications concernant :

 la discrétisation horizontale et verticale  la paramétrisation des processus sous-maille

 les grandes incertitudes sur les forçages externes (interactions air-mer et glace-mer)  et dans une moindre mesure, les équations primitives elles-même (approximation

hydro-statique, Boussinesq...)

En fait, la modélisation est un outil puissant lorsqu'elle est utilisée comme complément de l'observation. Ainsi, la modélisation peut être utilisée comme interpolateur spatio-temporel des observations disponibles par des méthodes d'assimilation. Elle est aussi utilisée comme extrapolateur des observations pour faire de la prévision à court-terme, voire pour construire des projections climatiques [IPCC, 2007]. D'autre part, les techniques de modélisation s'avèrent

être essentielles pour analyser les processus dynamiques de l'océan, car elles permettent de tester numériquement des hypothèses qui ne pourraient le plus souvent pas être testées dans l'océan réel.

Ici, nous présentons un travail de modélisation qui se concentre sur l'étude de la circulation océanique autour du plateau de Kerguelen. Plus spéciquement, la zone d'étude correspond à l'Océan Indien Sud, comprenant le domaine délimité par le parallèle 30°S au Nord et le conti-nent Antarctique (∼ 70°S) au Sud, et par les méridiens 20°E et 120°E choisis pour intersecter l'Afrique et l'Australie, respectivement. Cette région est presque intégralement océanique, et représente un tiers du périmètre de l'Océan Austral. Dans cette étude, nous serons particulière-ment intéressés par la composante moyenne de la circulation, an de caractériser la consistence du modèle avec les observations et de mieux comprendre les causes dynamiques contrôlant la position et l'intensité des diérentes branches du CCA. En particulier, le rôle essentiel de la bathymétrie comme contrainte de la circulation des masses d'eau sera mis en évidence tout au long de cette étude.

Tout d'abord, nous présenterons une simulation globale inter-annuelle1 à résolution inter-médiaire (eddy-permitting), que nous comparerons à un certain nombre d'observations an de discuter le réalisme de la circulation simulée par le modèle (Chapitre 4.2). La seconde partie décrira la mise en place d'une conguration régionale de l'Océan Indien Sud qui sera utilisée pour tester deux hypothèses concernant les causes des principaux biais de la simulation globale en eectuant des tests de sensibilité, et ainsi d'obtenir une simulation de référence plus proche des observations (Chapitre 4.3). Cette nouvelle simulation de référence sera analysée plus en détail dans le chapitre 5 par un diagnostic de conservation de la vorticité intégrée de la surface au fond. Nous verrons que cette analyse permet d'obtenir des informations originales sur la dynamique du CCA, par ailleurs dicile à mettre en évidence et à interpréter en utilisant les seules observations.

1. Ici,  inter-annuelle  signie que le forçage atmosphérique reproduit la variabilité inter-annuelle, par opposition à un forçage climatologique.

4000 3000 2000 1000 400 0 3000 2000 400 0 4000 20^oE 30^oE 40^oE 50^oE 60^oE 70^oE 80^oE 90^oE 100^oE 110^oE 120^oE 70^oS 65^oS 60^oS 55^oS 50^oS 45^oS 40^oS 35^oS 30 S BASSIN D'ENDERBY BASSIN AUSTRALO- ANTARCTIQUE DORSAL E SUD-EST DORSALE SUD-O UEST BASSIN DE CROZET CONRAD RISE PET KAP FT NKP CROZET PLATEAU DEL CANO RISE ELAN BANK Prydz Bay AFRIQUE ANTARCTICA ANTARCTICA AUS. Amsterdam Chun Spur

Figure 4.1: Bathymétrie utilisée dans la conguration ORCA025, utilisant une grille de ré-solution (1/4° lon x 1/4° cos(lat)). Les profondeurs <1000 m sont achées en blanc. Dans toutes les cartes de propriétés qui suivront dans ce chapitre, les isobathes (1000, 2000, 3000 et 4000 m) montrées ici seront superposées en fond an d'aider à positionner les principaux éléments topographiques de la région.