Le radar HF est actuellement le seul instrument courantométrique permettant d'obtenir une description synoptique à haute résolution spatiale et temporelle de la circulation côtière de surface. Un système radar déployé depuis 2010 en Méditerranée sur les côtes varoises offre pour la première fois une description exhaustive de la circulation, encore peu documentée dans cette zone.La cartographie des courants se fait classiquement en combinant les mesures d'au moins deux radars. Cependant des résultats significatifs ont été obtenus avec un seul radar concernant : l'identification de tourbillons méso-échelle ; la signature de phénomènes périodiques affectant la circulation superficielle dans les bandes diurne, inertielle et semi-diurne ; et les caractéristiques et les instabilités du Courant Nord Méditerranéen (CN).L'assimilation des mesures radar au moyen d'un lisseur de Kalman d'ensemble dans un modèle régional de la Méditerranée Nord Occidentale a été réalisée pour la première fois dans la zone d’étude. Cette méthode, qui contraint les courants de surface en optimisant le vent et les forçages aux frontières ouvertes, améliore la description de la veine du CN en vitesse et position / The HF radar is the sole instrument being able to monitor the surface coastal current at very high spatial and temporal resolution. A radar system deployed since 2010 on the Var coast (Western Mediterranean Sea) provides for the first time a comprehensive picture of the circulation, which remains poorly documented in this area.Surface current mapping is conventionally performed by combining measurements of at least two radars. However, significant results were obtained with a single radar concerning: the identification of mesoscale vortices; the signature of periodic phenomena affecting the surface circulation in the diurnal, inertial and semi-diurnal bands; and the features and instabilities of the North Mediterranean Current (NC).The assimilation of radar measurements using an ensemble Kalman smoother in a regional model of the North-Western Mediterranean Sea was performed for the first time in the study area. This method, which constraints the surface currents by wind and open boundary conditions optimisation, improves the simulation of the NC vein in terms of speed and position.

L’objectif général de cette thèse est de contribuer à l’avancement de la connaissance de la variabilité du Courant Nord Méditerranéen (CN) et de ses interactions avec la dynamique côtière, en s’appuyant principalement sur une configuration numérique réaliste à haute résolution de la façade méditerranéenne française, basée sur le modèle de circulation océanique NEMO et nommée GLAZUR64.La validation de cette configuration avec toutes les observations disponibles sur la période d'étude (CTD, gliders, ARGO, radar HF, ADCP, altimétrie et SST satellite) a permis d'évaluer le réalisme des simulations et leur paramétrisation, et de montrer l'apport de la haute-résolution par rapport aux configurations de bassin au 1/12° utilisées aux frontières de GLAZUR64.Enfin, l'utilisation d'un forçage océanique opérationnel a permis d'utiliser une simulation en complément des données d'une campagne en mer, pour l'étude ciblée d'un tourbillon anticyclonique associé à un méandre du CN au large de Toulon, en avril 2011 [Guihou et al., 2013]. / The main objective of this work is to improve our knowledge of the Northern Mediterrranean Current (NC) variability and its interactions with coastal dynamics, using high-resolution modelling of the North-Western Mediterranean Sea, based on the NEMO code and nammed GLAZUR64.The configuration has been validated using all available observations for the period of study (CTD, gliders, ARGO, HF radar, ADCP, satellite altimetry and SST), in order to assess the realism of the simulations and their parameterisations. The contribution of the high-resolution for the simulation of the mesoscale dynamics, compared to 1/12° configurations used at the boundaries is shown.Finally, the use of an operationnal oceanic boundary forcing allowed us to use a combined data-model approach to study the generation and advection of an anticyclonic eddy trapped at the coast and associated to a NC meander, flowing off Toulon in April 2011 [Guihou et al., 2013].

L'objectif général de cette thèse est de contribuer à l'avancement de la connaissance de l'impact de l'activité àméso-échelle du Courant Nord (CN) au large du Var sur sa circulation en aval et des interactions de ce courantde bord avec la dynamique côtière, particulièrement dans une baie semi-fermée peu profonde : la baie deHyères. Ces travaux se sont appuyés sur deux configurations numériques réalistes à haute résolution basées surle code NEMO et emboîtées avec AGRIF : une première de la façade méditerranéenne française à unerésolution spatiale de 1,2 km et une seconde le long des côtes varoises à 400 m de résolution.La comparaison des simulations obtenues avec des observations (radar HF, ADCP, glider, SST satellite) apermis de confirmer le réalisme des configurations, et de montrer l'apport d'une résolution de l'ordre de 400 msur la dynamique dans une baie mais également sur le CN et son écoulement en aval.Enfin, une étude de paramétrisation de l'advection horizontale et du mélange vertical a permis d'améliorerl'impact d'un downscaling dans la région d'étude, et particulièrement concernant la représentation de lacirculation au sein de la baie semi-fermée. / The main objective of this work is to improve our knowledge on the impact of the Northern Current (NC)mesoscale activity off the Var coast on its downstream flow and on the links between this boundary current andthe coastal dynamics, particularly in a semi-enclosed bay and shallow: the bay of Hyères. To do so, twonumerical realistic configurations at high-resolution were used. Based on the NEMO code and nested withAGRIF, the first one covers the French Mediterranean coasts at 1,2 km and the second one covers the Varcoasts with a spatial resolution of 400 m.Simulations comparisons with ocean observations (HF radar, ADCP, glider, satellite SST) confirm therealism of the configurations, and show the contribution of a 400 m spatial resolution on the simulateddynamics in the bay but also on the NC and its downstream flow.Finally, a parametrization study on the horizontal advection terms and vertical mixing provide an improvementof the impact of a downscaling in the studied area, and particularly for the simulated dynamics in the semienclosedbay.

La circulation du golfe du Lion est influencée par un forçage atmosphérique intense et le Courant Nord Méditerranéen (CNM). Une configuration au 1/16° a été utilisée pour modéliser la dynamique complexe de cette région, mais ne permet pas de modéliser correctement le CNM. Nous avons utilisé la méthode d'assimilation du filtre SEEK afin de combiner l'information contenue dans ce modèle et celle provenant d'observations synthétiques altimétriques (de type SARAL-AltiKa) et in situ, extraites d'une configuration réaliste du golfe du Lion au 1/64°. Afin d'évaluer la qualité des résultats, des diagnostics statistiques et physiques ont été établis et témoignent d'une bonne qualité de l'expérience. On a ainsi montré une amélioration des caractéristiques du CNM en surface et en profondeur, de son activité mésoéchelle et permis l'intrusion de branches de recirculation sur le plateau. Une meilleure représentation de ce courant a permis d'améliorer la quantité des échanges côte-large de même que la caractéristique des eaux du plateau, ce qui a permis la formation d'eaux denses hivernales, leur convection puis leur cascading le long du talus. L'assimilation a aussi amélioré les caractéristiques du panache du Rhône. On a ainsi montré que l'assimilation de nouvelles formes d'observations dans les systèmes opérationnels permettra de contrôler des processus plus fins et proches des côtes, non contrôlés par les systèmes d'observations actuels.

Le radar HF est actuellement le seul instrument courantométrique permettant d'obtenir une description synoptique à haute résolution spatiale et temporelle de la circulation côtière de surface. Un système radar déployé depuis 2010 en Méditerranée sur les côtes varoises offre pour la première fois une description exhaustive de la circulation, encore peu documentée dans cette zone.La cartographie des courants se fait classiquement en combinant les mesures d'au moins deux radars. Cependant des résultats significatifs ont été obtenus avec un seul radar concernant : l'identification de tourbillons méso-échelle ; la signature de phénomènes périodiques affectant la circulation superficielle dans les bandes diurne, inertielle et semi-diurne ; et les caractéristiques et les instabilités du Courant Nord Méditerranéen (CN).L'assimilation des mesures radar au moyen d'un lisseur de Kalman d'ensemble dans un modèle régional de la Méditerranée Nord Occidentale a été réalisée pour la première fois dans la zone d'étude. Cette méthode, qui contraint les courants de surface en optimisant le vent et les forçages aux frontières ouvertes, améliore la description de la veine du CN en vitesse et position

L'objectif général de cette thèse est de contribuer à l'avancement de la connaissance de la variabilité du Courant Nord Méditerranéen (CN) et de ses interactions avec la dynamique côtière, en s'appuyant principalement sur une configuration numérique réaliste à haute résolution de la façade méditerranéenne française, basée sur le modèle de circulation océanique NEMO et nommée GLAZUR64.La validation de cette configuration avec toutes les observations disponibles sur la période d'étude (CTD, gliders, ARGO, radar HF, ADCP, altimétrie et SST satellite) a permis d'évaluer le réalisme des simulations et leur paramétrisation, et de montrer l'apport de la haute-résolution par rapport aux configurations de bassin au 1/12° utilisées aux frontières de GLAZUR64.Enfin, l'utilisation d'un forçage océanique opérationnel a permis d'utiliser une simulation en complément des données d'une campagne en mer, pour l'étude ciblée d'un tourbillon anticyclonique associé à un méandre du CN au large de Toulon, en avril 2011 [Guihou et al., 2013].

La circulation du golfe du Lion est influencée par un forçage atmosphérique intense et le Courant Nord Méditerranéen (CNM). Une configuration au 1/16° a été utilisée pour modéliser la dynamique complexe de cette région, mais ne permet pas de modéliser correctement le CNM. Nous avons utilisé la méthode d’assimilation du filtre SEEK afin de combiner l’information contenue dans ce modèle et celle provenant d’observations synthétiques altimétriques (de type SARAL-AltiKa) et in situ, extraites d’une configuration réaliste du golfe du Lion au 1/64°. Afin d’évaluer la qualité des résultats, des diagnostics statistiques et physiques ont été établis et témoignent d’une bonne qualité de l’expérience. On a ainsi montré une amélioration des caractéristiques du CNM en surface et en profondeur, de son activité mésoéchelle et permis l’intrusion de branches de recirculation sur le plateau. Une meilleure représentation de ce courant a permis d’améliorer la quantité des échanges côte-large de même que la caractéristique des eaux du plateau, ce qui a permis la formation d’eaux denses hivernales, leur convection puis leur cascading le long du talus. L’assimilation a aussi amélioré les caractéristiques du panache du Rhône. On a ainsi montré que l’assimilation de nouvelles formes d’observations dans les systèmes opérationnels permettra de contrôler des processus plus fins et proches des côtes, non contrôlés par les systèmes d’observations actuels. / Ocean circulation in the Gulf of Lions is both influenced by intense atmospheric forcings and the North Mediterranean Current (NMC). A 1/16◦ configuration of the Gulf of Lions has been used to represent the complex dynamics of this area but does not allow a correct modeling of the NMC. We have used the SEEK filter data assimilation method to combine the information contained in the model and the one coming from synthetic in situ and altimetric observations (from SARAL-AltiKa altimeter). Those observations have been extracted from a realist 1/64◦ configuration of the Gulf of Lions. To assess the quality of results, statistical and physical diagnostics have been developed and show a good quality of the experiment. Thanks to a better representation of this current at the surface and at depth as well as its mesoscale activity, we have managed to improve the quantity of cross shelf exchanges. Consequently, we have managed to improve shelf water characteristics, which have thus allowed the formation of dense waters in winter, their convection and cascading over the shelf break. Rhône river plume characteristics have also been improved thanks to data assimilation. We have finally shown that assimilating those new kinds of observations in operational systems should allow the control of small scale processes closed to the coast that are not controlled with present observational systems

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.