Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La circulation méridienne de retournement (MOC) de l’Atlantique Nord est une composante clé du système climatique global, via son rôle dans la redistribution de chaleur, d’eau douce et de propriétés chimiques entre hautes et basses latitudes. Aux moyennes et hautes latitudes, le Courant Nord-Atlantique(NAC) forme la branche haute de la MOC. Il s’écoule vers le nord-est à la frontière des gyres subpolaire et subtropical, et se divise en deux branches principales dans l’est du gyre subpolaire : une branche nord qui recircule vers l’ouest dans le gyre subpolaire et une branche sud qui alimente les mers Nordiques.Une simulation réaliste haute résolution (ORCA025-G70, 1/4°) est combinée à un outil d’analyse Lagrangienne pour étudier la variabilité de la MOC (1965-2004) à travers la section A25-Ovide qui joint le Portugal au Groenland. Deux cellules de retournement vertical sont identifiées : une cellule subtropicale connectant les hautes et basses latitudes et une cellule interne aux régions subpolaires. La variabilité décennale de la MOC est associée à des changements synchronisés des apports subtropical et subpolaire dans la NAC. Ce dernier subit d’importantes restructurations horizontales caractérisées par la variabilité opposée de ses deux branches. Ces modifications de la distribution horizontale du transport sont principalement régies par la variabilité de l’afflux subtropical.Les variations du transport de chaleur à travers A25-Ovide sont la cause principale de la variabilité du contenu de chaleur observée dans l’est du gyre subpolaire (1965-2004). La variabilité du transport de chaleur résulte d’un déséquilibre entre des changements opposés de ses composantes « vitesse » et « température ». Les anomalies de vitesse et température sont en partie reflétées dans des déplacements verticaux d’isopycnes, potentiellement associés à la proportion changeante de masses d’eau subtropicales et subpolaires transportées par la branche nord du NAC.Enfin, une circulation surface-fond moyenne calculée depuis des mesures hydrographiques répétées et des mesures altimétriques indique une contribution mineure de la mer du Labrador pour la MOC global. Cependant, l’intensité du retournement diapycnal à AR7W a presque diminué de moitié entres les 1990’s et les 2000’s, confirmant l’importance de la région pour la variabilité basse-fréquence de la MOC. / The meridional Overturning Circulation (MOC) of the North Atlantic ocean is a key component of the global climate system, through its role in redistributing heat, freshwater end chemical properties between low and high latitude regions. In mid-high latitude regions, the North Atlantic Current (NAC) forms the upper limb of the MOC. It flows northeastward at the subtropical/subpolar boundary, and splits into two main branches in the eastern subpolar gyre: a northern branch that recirculates within the subpolar region and a southern branch that feed the Nordic Seas.A realistic eddy-permitting simulation (ORCA025-G70, 1/4°) is combined with a Lagrangian analysis tool (ARIANE) to investigate the MOC variability (1965-2004) across the A25-Ovide line, which joins Greenland to Portugal. Two vertical overturning cells are identified: a subtropical cell connecting low and high latitudes (12Sv) and a cell internal to the subpolar gyre (4Sv). The decadal MOC variability is associated with synchronized transport changes of the subtropical and subpolar inflow within the NAC. The latter undergoes important horizontal restructuring with opposed transport changes of its northern and southern branches. Those horizontal transport changes are largely induced by the horizontal variability of the subtropical inflow.Changes in oceanic heat transport across A25-Ovide are largely responsible for the observed heat content changes in the eastern subpolar gyre (1965-2004). Heat transport variability at A25-Ovide results from an imbalance between opposed changes in its velocity and temperature components. Both temperature and velocity anomalies are partly reflected in large scale heaves of isopycnals, and potentially relate to the varying proportion of warm subtropical waters and cold subpolar waters advected within the northern NAC branch.A 2000’s mean full-depth circulation computed along the merged AR7W/A25-Ovide line from repeated hydrographic profile and altimetry data indicates a minor contribution of the Labrador Sea to the basin wide mean MOC. However, the strength of the diapycnal overturning at AR7W has almost halved between the 1990’s and the 2000’s, confirming the importance of the region for the low-frequency MOC Variability.

Nous étudions d'abord l'influence du mode annulaire Sud (SAM) sur la circulation méridienne de retournement Atlantique (AMOC) dans une simulation de contrôle avec IPSLCM4. Une phase positive du SAM, correspondant à une intensification des vents d'Ouest soufflant au Sud de 45° S, entraîne après 8 ans une accélération de l'AMOC, via une téléconnection atmosphérique peu réaliste. Une accélération de l'AMOC suit de 70 ans une phase positive du SAM, due à la propagation d'anomalies de sel du Sud vers le Nord de l'Atlantique. Ensuite, nous étudions dans quelle mesure l'Oscillation Multidécennale Atlantique (AMO) reflète les fluctuations de l'AMOC. Nous utilisons un filtre basé sur un modèle linéaire inverse (LIM) pour décomposer la température de surface de l'océan (SST) Atlantique Nord en une partie liée à la dérive globale, une à El Nino (ENSO), une à la variabilité de basse fréquence du Pacifique, et un résidu. Dans la simulation historique de IPSLCM5, enlever la dérive globale de l'AMO avec LIM induit de meilleures corrélations avec l'AMOC que lorsque ce signal est soustrait par une dérive linéaire. Enlever l'influence de ENSO de l'AMO améliore très légérement ses corrélations avec l'AMOC, tandis qu'enlever la variabilité de basse fréquence du Pacifique les dégrade. La robustesse de ces résultats est vérifiée dans des simulations de contrôle avec 5 modèles. Cette déconstruction de l'AMO est aussi effectuée dans les observations. Enfin, l'impact du forçage volcanique sur les liens AMO-AMOC est étudié dans une simulation du dernier millénaire avec IPSLCM4.

Le sous-courant équatorial (EUC), en alimentant l'upwelling équatorial, peut avoir une forte influence sur la température de surface (SST) du Pacifique équatorial Est et donc sur la variabilité associée à El Niño. L'EUC et les cellules de circulation méridienne (shallow subtropical/tropical overturning cells, STCs/TCs) l'alimentant sont étudiés en combinant données in situ et modélisation. Les trajectoires de masses d'eau sont calculées dans des simulations réalistes (le modèle OPA forcé par les vents des réanalyses NCEP sur 1948-1999 ou des satellites ERS sur 1992-1999). Leur analyse met en évidence des cheminements des masses d'eaux propres aux évènements El Niño-La Niña de 1997-1998, avec des recharges et décharges de la bande équatoriale complexes et asymétriques. Cette analyse montre aussi l'apport d'eaux froides par les STCs et l'EUC lors de la brusque transition vers La Niña en mai 1998. Les données de courant et de température des mouillages TAO/TRITON le long de l'équateur à 170°W, 140°W et 110°W sont méthodiquement bouchées sur 1980-2002. On montre que des séries continues du débit, de la température, de la profondeur et de l'énergie cinétique de l'EUC sur toute son extension méridienne peuvent alors être construites. Leur analyse révèle que la forte variabilité interannuelle du débit de l'EUC est une réponse linéaire et quasi-stationnaire à la tension de vent zonale équatoriale intégrée zonalement dans le Pacifique Ouest et central. La température de l'EUC, indispensable pour l'estimation du transport de chaleur, varie elle linéairement avec la différence des profondeurs de la thermocline et de l'EUC dans le Pacifique central. Le modèle numérique, validé entre autre à l'aide des séries de l'EUC, est utilisé pour étudier sur 1951-1999 la circulation équatoriale associée à l'EUC: la convergence dans la pycnocline, l'upwelling équatorial et la divergence en surface à 5°N et 5°S. Leurs variabilités en débit sont quasi-égales à celle de l'EUC, qui est donc un bon indicateur de la force des STCs. Ces variabilités sont principalement causées par la tension de vent zonale intégrée zonalement sur tout le bassin, en accord avec des théories linéaires. Des déphasages avec la SST équatoriale, notamment l'avance de 5 mois de l'upwelling et de la divergence sur la SST, révèlent des relations de cause à effet très intéressantes, confirmées par les bilans de chaleur. La différence de température entre la divergence et la convergence a des variations interannuelles et à plus long-terme égales à celles de la SST équatoriale. Les conséquences sur les bilans et échanges de masse et de chaleur dans la bande équatoriale sont ensuite quantifiées. La variabilité du transport de chaleur méridien associé à la convergence/divergence est due aussi bien aux variations de débit que de température de la convergence et de la divergence. Ainsi, pendant un événement El Niño, la baisse des débits aura tendance à réchauffer la bande équatoriale (recharge), alors que l'augmentation de la différence entre les températures de la divergence et de la convergence aura l'effet contraire (décharge). Pour le Pacifique Est, les variations interannuelles du débit dominent celles de la température de l'EUC pour le transport de chaleur de l'EUC. Les liens avec les théories d'El Niño et sa variabilité décennale sont discutés.