La langue d'eau froide Atlantique est un refroidissement saisonnier qui affecte les eaux superficielles au sud de l'équateur entre les côtes africaines et 30°W environ, pendant la " saison froide " (entre mai et octobre). Ce phénomène se produit tous les ans, mais son intensité, sa durée, ainsi que son extension spatiale sont très variables d'une année sur l'autre. En dépit du couplage très marqué qui lie la langue d'eau froide et les premiers stades de la mousson africaine, les causes de cette variabilité interannuelle sont peu connues. Cette thèse a pour objectif de combler cette lacune en améliorant notre compréhension des processus océaniques contrôlant la variabilité interannuelle de la langue d'eau froide. Cette étude se focalise sur les événements " intenses" de la langue d'eau froide, correspondant à des refroidissements anormalement forts (faibles), précédés par des anomalies négatives (positives) de vent zonal. On se focalise ainsi sur les événements dits " canoniques ", les plus nombreux, et potentiellement similaires en terme de mécanisme. Cette classification, appliquée à une dizaine de réanalyses, permet de retenir, avec une robustesse certaine, cinq années dans chacune des classes. Ces événements sont étudiés grâce à des simulations numériques réalistes. L'utilisation de bilans de chaleur nous a permis d'accéder aux processus physiques qui contrôlent la formation des événements froids et chauds. Le mélange vertical à la base de la couche de mélange apparaît comme le processus fondamental de la variabilité interannuelle de la langue d'eau froide. Lors des événements froids, il accroît le refroidissement entre mars et juillet, alors que son rôle reste discret lors des événements chauds. Au milieu de l'été boréal, les anomalies de mélange vertical sont contrebalancées par des anomalies d'advection horizontale de signes opposés. Ainsi les événements froids comme chauds sont atténués en fin de saison. Cette thèse montre qu'il est plus pertinent de s'intéresser au flux d'énergie cinétique qui est plus directement lié à l'activation du mélange vertical, qu'à la tension de vent en surface. Le flux d'énergie cinétique semble d'autant plus pertinent qu'il joue aussi un rôle majeur lors des événements intenses " non-canoniques ", i.e. événements froids (chauds), précédés par des anomalies positives (négatives) de vent zonal. Enfin, la modulation de la vitesse verticale induite par le vent tend à ajuster i) la profondeur de la couche de mélange, ii) la pente de la thermocline, et iii) le cisaillement vertical de courant zonal. Ce sont des paramètres clés du mélange vertical et donc du taux de refroidissement. La vitesse verticale joue donc un rôle indirect dans l'établissement et la variabilité interannuelle de la langue d'eau froide. / The Atlantic cold tongue is a seasonal cooling of the sea surface temperature south of the Equator between the African coasts and around 30°W during the " cold season " (from May to October). The cooling occurs every year but its intensity, duration and spatial extent vary strongly from one year to another. In spite of the very strong coupling between the Atlantic cold tongue and the West African monsoon, the origin of the Atlantic cold tongue variability is not well described. This thesis aims at filling this gap by improving our understanding of the oceanic processes controlling the variability of the Atlantic cold tongue. This study focuses on " intense " Atlantic cold tongue events, defined by abnormally strong (weak) cooling, preceded by negative (positive) zonal wind anomalies. Thus " canonical " being studied, that are the most frequent and probably similar in terms of mechanisms. This classification is applied to ten reanalyses and allows to select with good confidence, five events in each group. These events are studied through realistic simulations. The use of on-line heat budget allows to identify the physical processes that control the formation of cold and warm events. Vertical mixing at the base of the mixed-layer is the fundamental process controlling the interannual variability of the cold tongue. During cold events, it increases the cooling between March and July, while it remains weak during warm events. During boreal summer, vertical mixing anomalies are balanced by horizontal advection anomalies of opposite sign. So cold and warm events are weakened at the end of the season. This thesis highlights that it is more appropriate to focus on the wind energy flux because it is more directly related to the activation of vertical mixing, rather than on the surface wind stress. The wind energy flux is relevant since it is also shown to play a major role during intense " non-canonical " events, i.e. cold (warm) events preceded by positive (negative) zonal wind anomalies. Finally, the modulation of the vertical velocity induced by the wind tends to adjust i) the mixed-layer depth, ii) the intensity of the thermocline, and iii) the vertical shear of the zonal current. These are key parameters of vertical mixing and therefore the cooling rate. Thus, vertical velocity plays an indirect role in the establishment and interannual variability of the Atlantic cold tongue.

La variabilité du contenu de chaleur hivernal de l'océan supérieur et ses mécanismes de causalité ont été étudiés en utilisant des observations et des produits de réanalyse dans le Pacifique Nord-Ouest. La relation entre la mousson d'hiver dans l'Asie de l'Est (EAWM) et l'Oscillation du Pacifique Nord (NPO) et leurs impacts sur la température de surface de la mer (SST) sont non stationnaires, avec un changement soudain en 1987/1988. L'EAWM et la NPO, qui étaient bien corrélées en 1973-1987, ne sont pratiquement plus corrélées en 1988-2002. Cette relation non stationnaire est liée au fort affaiblissement décennal de la haute pression Sibérienne après le changement de régime en 1988, ainsi qu'au changement concomitant du dipôle de la NPO positive. L'influence de l'EAWM et de la NPO sur la SST hivernale dans la région d'étude a significativement diminué après 1990. Le bilan de chaleur dans les 400 premiers mètres a été analysé à l'aide des sorties d'un modèle de la circulation océanique générale à haute résolution. Le taux de stockage de chaleur hivernal des échelles interannuelles à décennales est principalement déterminé par l'advection océanique plutôt que par le flux net de chaleur air-mer. Le rôle de l'advection de chaleur devient particulièrement important après le changement de régime en 1990, en association avec la réduction de la variabilité du flux de chaleur en surface causée par une faible variabilité de la SST. Le flux net de chaleur air-mer freine les anomalies thermiques créées par la dynamique océanique associée avec le déplacement méridien du front de l'Extension de l'Oyashio, qui est fortement corrélé avec les modes de téléconnexion de WP et PNA. / Winter upper-ocean heat content variability and its causal mechanisms are investigated using observational and reanalysis products in the western North Pacific. The relationship between the East Asian winter monsoon (EAWM) and the North Pacific Oscillation (NPO) and their impact on the sea surface temperature (SST) are nonstationary, with a sudden change at 1987/1988. During the 1973-87, the EAWM and NPO were significantly correlated to each other, but their correlation practically vanishes during the 1988-2002. This nonstationary relationship is related to the pronounced decadal weakening of the Siberian high after the 1988 regime shift as well as the concomitant positive NPO-like dipole change. The influence of EAWM and NPO to the winter SST in the study region is significantly decreased after the sudden change near-1990. The upper 400 m heat budget in the western North Pacific is analyzed using outputs from a high resolution ocean general circulation model. Winter heat storage rate on interannual to decadal time scales is mainly determined by oceanic heat advection rather than by net air-sea heat flux. The role of heat advection becomes particularly prominent after the 1990 regime shift in association with the reduced variability of surface heat flux caused by weakened SST variability. The net heat flux acts to dampen temperature anomalies caused by the ocean dynamics principally associated with the meridional shift of the Oyashio Extension front, which is significantly correlated with the West Pacific (WP) and Pacific-North America (PNA) teleconnection patterns.

La Mousson Ouest Africaine est un système complexe, qui présente des variations interannuelles très importantes. Ces variations se traduisent par les fluctuations considérables des précipitations sur le continent. Avoir une meilleure compréhension du système complexe qu'est la mousson africaine peut permettre de mieux cerner les mécanismes qui influencent la production des précipitations sur le Sahel. La première partie de ce travail de thèse consiste en une comparaison entre deux saisons de mousson aux régimes de précipitations différents afin d'extraire les caractéristiques communes et différentes, pour les appliquer à l'étude de la saison de mousson durant laquelle s'est déroulée la campagne AMMA. Cette étude est complétée par une compréhension des processus dynamiques et thermodynamiques qui sont à l'origine du déclenchement de l'Onset de la mousson, et qui permettent l'installation des conditions favorables au développement des précipitations sur le Sahel. Le second volet est basé sur les mécanismes physiques qui entrent en compte dans le cycle de vie des lignes de grains sur le Sahel. Enfin, la dernière partie traite de l'impact des systèmes de méso - échelle sur leur environnement en terme de bilan de chaleur et d'humidité dans le quadrilatère sud de l'expérience AMMA.