L'océan est turbulent et donc il est important de modéliser la turbulence océanique afin de mieux pouvoir en analyser les effets. Dans cette thèse, on étudie tant d'un point de vue théorique que numérique des modèles de turbulence pour des applications océanographiques. Dans une première partie, on présente un bref état de l'art sur les modèles de turbulence URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) et LES (Large Eddy Simulation). La deuxième partie concerne les modèles URANS. On présente un nouveau modèle pour lequel on montre l'existence et l'unicité d'une solution dans le cas stationnaire. On montre que ce modèle est utilisable pour étudier la turbulence induite par le vent de surface en présence de convection, ce qui n'est pas le cas des modèles de Pacanowski-Philander et de Gent. Dans une troisième partie, on étudie un modèle LES. On adapte le modèle "Leray-déconvolution" à des conditions aux limites de type océan/atmosphère. Pour cela, on introduit une équation continue de déconvolution dont la solution est utilisée comme vitesse advective dans le modèle "Leray-déconvolution", ce qui nous amène à considérer un nouveau modèle LES, le modèle de déconvolution. On montre notamment que la solution du modèle de déconvolution converge vers une solution faible dissipative des équations de Navier-Stokes. On valide numériquement le modèle déconvolution en 2D grâce à des résultats DNS (Direct Numerical Simulation) dans des cas avec et sans bathymétrie.

Ce travail de thèse vise à déterminer si le couplage de l'atmosphère avec la surface marine joue un rôle dans la variabilité intrasaisonnière estivale de la circulation atmosphérique de grande échelle et si la surface marine peut être une source de prévisibilité potentielle pour l'atmosphère à ces échelles de temps. Un second objectif consiste en l'analyse de l'impact de la représentation des processus physiques dans l'océan superficiel, et en particulier l'impact des variations diurnes océaniques, sur la représentation des températures de surface océanique et sur la circulation atmosphérique de grande échelle à des échelles de temps supérieures. Pour mener à bien ces travaux, le modèle océanique 1D CNRMOM1D a été développé : le choix des paramétrisations utilisées dans ce modèle vise à optimiser la représentation des processus physiques dominant l'évolution des températures de surface océanique aux échelles de temps diurnes à intrasaisonnières. Les résultats, obtenus à partir de simulations numériques effectuées avec le modèle d'atmosphère ARPEGE-climat forcé ou couplé avec le modèle CNRMOM1D, suggèrent que les anomalies de températures de surface océanique induites par la circulation atmosphérique de grande échelle exercent sur celle-ci une rétroaction négative aux échelles de temps intrasaisonnières : le couplage avec la surface océanique dans la région Nord-Atlantique Europe (NAE) diminue le nombre de jours de persistance des régimes de temps estivaux de Dépression Atlantique, de Blocage et de NAO- d'environ 1 jour ce qui représente 15% de leur persistance moyenne, cette diminution étant variable selon le régime de temps. A partir de simulations forcées du modèle CNRMOM1D, on montre que la correction en SST liée à la prise en compte des variations diurnes océaniques peut atteindre environ 0.3°C à 0.5°C en moyenne journalière. Cette anomalie peut persister 15 à 40 jours dans les moyennes latitudes, plus de 60 dans les Tropiques. De plus, à partir de simulations couplées avec le modèle ARPEGE-climat, on montre que la variabilité diurne océanique peut affecter l'état moyen estival par une diminution du gradient méridien de SST, une diminution de l'extension de la glace de mer, une anomalie de circulation atmosphérique de grande échelle qui se projette sur une phase positive de la NAO ainsi que des modifications de la couverture nuageuse et des profils d'humidité atmosphérique. Ce travail montre les améliorations potentielles, en termes d'états moyens océanique et atmosphérique et en termes de variabilité intrasaisonnière, que peuvent apporter un couplage à fréquence horaire et l'utilisation d'un modèle de circulation générale océanique à haute résolution verticale dans les simulations couplées océan-atmosphère.

Chaque automne, des événements de précipitations intenses (HPEs) ont lieu en Méditerranée nord-occidentale. Cette thèse adopte une approche par la modélisation climatique régionale couplée atmosphère-océan pour traiter de la sensibilité de ces événements à des changements de température de surface de la mer (SST) résultant soit de biais dans le modèle couplé, soit de la réponse de la couche de mélange océanique à des forçages atmosphériques. Deux cas d’études mettent en évidence la sensibilité particulière des zones de convergence d’humidité aux changements de SST. L’élaboration d’indices synthétiques de changements dans les précipitations et de changements de SST en amont des zones précipitantes met en lumière dans plusieurs régions (Cévennes, région de Valence, Calabre) une relation linéaire entre ces deux quantités dans deux plateformes de modélisation différentes : MORCE et CNRM-RCSM4. Dans la région de Valence, en Espagne, nous montrons en outre que les événements de précipitations intenses sont souvent précédés d’un épisode de Mistral qui refroidit la zone amont des précipitations dans les jours précédant celles-ci, refroidissement qui tend ensuite à réduire l’intensité de l’événement précipitant. / Every year in autumn, heavy precipitation events (HPEs) occur in the northwestern Mediterrranean. This thesis uses coupled atmosphere-ocean regional climate modeling to tackle the sensitivity of these events to sea surface temperature (SST) changes coming either from model biases or from the oceanic mixed layer response to atmospheric forcing. Two case studies show the particular sensitivity of moisture convergence zones to SST changes. The use of synthetic indexes of precipitation changes and SST changes in the upstream zones shows a linear relationship between the two indexes in several regions (Cévennes, the region of Valencia, Calabria) in the modeling platforms MORCE and CNRM-RCSM4. Furthermore, we show that the HPEs in the region of Valencia are often preceded by a Mistral event which cools the upstream zone whithin 5 days before the HPEs. In turn, this cooling tends to reduce the intensity of the HPE.