Le but de cette thèse est de montrer quels peuvent être les apports à l'étude de la dynamique océanique des données de télédétection spatiale dans l'infrarouge proche (1000 nm) et moyen 10000 nm). On présente tout d'abord le rayonnement observé (réflexion, émission). On examine les influences de l'état de la mer et de la présence de l'atmosphère entre l'océan et le capteur ou le soleil sur ce rayonnement. Le chapitre 3 aborde les relations entre les distributions spatiales et superficielles de température et de courant. Le courant peut être estimé à l'aide d'un couple de thermographies, soit par suivi de structures particulières, soit par résolution de l'équation de conservation de la chaleur. Des exemples sont donnés pour le courant Ligure, les tourbillons anticycloniques issus du Gulf Stream et les eaux au large de la côte est des Etats-Unis. Enfin, les densités de variance de température calculées en fonction de l'échelle à partir des thermographies, sont comparées aux spectres d'énergie cinétique résultants de théories de turbulence bidimensionnelle. Le chapitre 4 traite des images d'énergie réfléchie par la surface de la mer à partir desquelles sont dérivés l'état d'agitation de la mer et le champ de vitesse du vent. Grâce à un modèle de distribution statistique des pentes des facettes de vague, on examine le signal parvenant au radiomètre en fonction de l'état de surface et des géométries d'éclairement et d'observation, en s'attachant aux cas des satellites SPOT et Landsat. Par ailleurs, on montre que le champ du module de la vitesse du vent à la surface de la mer peut être calculé, à partir des images AVHRR à 1000 nm et qu'il se compare favorablement au champ obtenu d'après une carte d'isobares de surface. Le chapitre 5 est une application des résultats des chapitres précédents, à la connaissance de la dynamique de la couche superficielle de la mer Ligure. La circulation générale dans ce bassin et ses causes présumées y sont discutées. Les variations, les instabilités *du courant et les dissymétries saisonnières nord-sud de la répartition spatiale de ces instabilités et de leur amplitude sont mises en relief. La conclusion est consacrée à la synthèse des apports de la télédétection à la connaissance du milieu marin mis en évidence par les travaux présentés, synthèse particulièrement illustrée par l'exemple de la mer Ligure.

Le problème de la paramétrisation des mécanismes turbulents dans les couches marines superficielles est étudié par comparaison des résultats obtenus avec différents modèles de turbulence dans diverses situations types. On montre que la description fine des mécanismes turbulents est profondément affectée par les hypothèses de modélisation retenues mais que la structure thermique prévue reste globalement identique dans les situations considérées. Plusieurs simulations examinant l'influence de la variabilité temporelle des échanges air-mer ont mis en évidence qu'une représentation fidèle de cette variabilité est le facteur critique dans ce problème.

Les travaux ont été effectués sur le golfe du Lion. Ils présentent des résultats combinés de l'interprétation d'images de satellites, obtenues dans l'infrarouge thermique (capteur AVHRR) et dans le domaine visible (capteur CZCS) avec des connaissances historiques et des mesures recueillies simultanément en mer. Ils permettent, d'une part, d'estimer la forte variabilité spatio-temporelle de la zone de dilution rhodanienne, en particulier sous l'influence du vent local et du débit du fleuve, et, d'autre part, d'observer la formation hivernale d'eau profonde dans le golfe du Lion. L'évolution saisonnière des zones de production dans le golfe du Lion est suivie à l'aide d'images de la concentration relative en pigments chlorophylliens et de la température de la mer. Le traitement d'images du spectre visible du satellite METEOSAT II permet l'estimation mensuelle de l'éclairement solaire global au niveau de la mer.

" ... Notre objectif n'est pas le satellite, mais ce que nous pouvons atteindre à travers lui. Ce qui nous importe est de savoir en quoi, comment et sous quelles conditions, il peut nous aider dans notre tâche. ... " (Mr PIKETTY, Allocution d'ouverture des journées nationales d'études : Utilisation pour l'océanographie des satellites d'observation de la Terre. Brest, 6-8 février 1978). Cette thèse constitue une réponse partielle à cette question. En effet, ce travail a toujours été guidé par le problème de l'utilisation des données VHRR des satellites NOAA4 et NOAAS, qui permettent de tracer des cartes de températures de surface, à des fins d'océanographie dynamique. De la lecture de cette thèse, peut résulter une certaine impression de dispersion et d'inachèvement. Ayant développé deux axes de recherche (variations saisonnières, variations spatiales) et ne les ayant traités qu'à l'aide des données satellite, il était fatal que les spécialistes de chaque sujet n'y trouvent pas leur compte. Si, pour les variations saisonnières, j'ai pu élaborer minutieusement une méthode d'étude, il n'en est pas de même pour le second axe de recherche. Il n'est pas habituel en océanographie de traiter des champs bi-dimensionnels. J'ai donc utilisé plus ou moins les méthodes usuelles d'étude des séries temporelles, en les alliant avec celles issues de la géostatique minière que j'ai apprises à l'Ecole des Mines. J'ai conscience des imperfections et des problèmes statistiques attachés à mon étude, mais, étant d'abord un océanographe, j'ai préféré ne pas m'y attarder et continuer, afin de pouvoir évaluer la richesse potentielle de cette étude spatiale. J'ai également essayé de calculer numériquement les courants d'advection thermique à partir des thermographies, à l'aide de l'équation de continuité de la quantité de chaleur. Mais un calcul d'incertitude m'a vite montré que le bruit du VHRR était trop important pour que les résultats aient une quelconque signification. L'utilisation prochaine des mesures moins bruitées du satellite TIROS-N autorisera une telle étude. L'utilisation de ces mesures de température par satellite pour l'océanographie dynamique s'avère très fructueuse. Elle a permis de compléter notre connaissance des phénomènes de surface dans le bassin liguro-provençal. Elle peut également apporter des éléments de solution à l'heure où la communauté océanographique se pose des questions sur la turbulence océanique à moyenne et grande échelle. Elle devrait aussi autoriser le calcul en routine des courants d'advection thermique. En conclusion, je pense que les satellites fournissent actuellement des mesures fiables, qui sont souvent des bons traceurs de mouvement, et que l'avènement des satellites plus performants du type TIROS-N va autoriser des analyses très fines, qui vont considérablement augmenter notre compréhension des phénomènes marins.

Le travail présenté porte sur l'étude des échanges d'énergie et de matière, au travers du bilan thermique net à la surface océanique, dans une région de l'océan Atlantique nord. Le flux ondes courtes, terme prépondérant de ce bilan, est déterminé grâce à la méthode Heliosat adaptée aux données de basse résolution spatiale du satellite METEOSAT-4. A méso-échelle, sur une base horaire, nous mettons en relief la grande variabilité du flux solaire à la surface. Les résultats de comparaison avec des mesures in situ sur notre zone d'étude sont satisfaisants. Nous estimons les performances de huit formulations semi-empiriques usuelles sur la restitution du flux ondes longues net en utilisant des moyennes mensuelles climatologiques ou des mesures in situ des paramètres surfaciques. Nous testons ensuite une méthode développée pour l'utilisation de données satellitaires. Mais la validation de ce modèle sur notre zone d'étude s'avère plus mauvaise que l'utilisation de simples relations semi-empiriques. Nous évaluons qualitativement et quantitativement l'impact de l'ennuagement sur les flux radiatifs en réalisant une classification des types de ciels selon la nébulosité totale. Nous réalisons ensuite des moyennes climatologiques des flux de surface étudiés afin d'en déduire le bilan thermique net sur notre zone d'étude et nous analysons ses variations zonales pour les mois de septembre et d'octobre. Dans une dernière partie, nous nous focalisons sur l'observation in situ de trois situations météorologiques particulières afin d'estimer l'impact de la variabilité spatio-temporelle pour la restitution de ce bilan. Des variations significatives des flux estimés sont mises en évidence en fonction d'échelles de temps variable ainsi qu'en fonction des méthodes de sous-échantillonnage spatial utilisées pour la construction des images satellitaires.

Nous avons mis en oeuvre une méthode statistique déjà existante (Cano, 1982) d'évaluation du rayonnement global à 1' aide des mesures du satellite Météosat. Cette méthode a été testée sur environ 1800 données : 11 mois de l'année 1983, 11 mois de l'année 1984 et 7 mois de l'année 1985. Les grands points de cette méthode statistique sont les suivants : 1) la construction d'une carte d'albédo planétaire par ciel clair d'après une série temporelle d'images sous conditions ciel clair, 2) l'évaluation d'un indice d'ennuagement, n, représentant le pourcentage du pixel recouvert par les nuages, par comparaison avec la carte d'albédo planétaire (albédo référence), 3) l'évaluation de la relation statistique entre la transmittance atmosphérique horaire (K), définie comme le rapport entre le rayonnement global et le rayonnement hors atmosphère (G0h), et n (l'indice d'ennuagement). Cette relation est du type : K = -a n + b ou Gh / G0h = -a n + b, où a et b > 0. Les coefficients de régression de cette relation ont été établis à partir des données du réseau de la Météorologie Nationale (Gh) et des données quotidiennes du canal visible de Météosat (n). En conclusion, nous pouvons dire que cette méthode est satisfaisante, elle permet 1) d'affiner ou de compléter (océans) les atlas du rayonnement déjà existants, en mettant en évidence des micro-climats (précision à 5 km près) peu connus ou inconnus, 2) l'évaluation du rayonnement global horaire moyen mensuel avec une précision de l'ordre de 0,1 kWh/m2, 3) un grand nombre d'application dites solaires (précision de rentabilité, méthode de conception architecturale assistée par micro-ordinateur, dimensionnement ...).

A key determinant of atmospheric circulation patterns and regional climatic conditions is sea surface temperature (SST). This has been the motivation for the development of various teleconnection methods aiming to forecast hydro-climatic variables. Among such methods are linear projections based on teleconnection gross indices (such as the ENSO, IOD, and NAO) or leading empirical orthogonal functions (EOFs). However, these methods deteriorate drastically if the predefined indices or EOFs cannot account for climatic variability in the region of interest. This study introduces a new hydro-climatic forecasting method that identifies SST predictors in the form of dipole structures. An SST dipole that mimics major teleconnection patterns is defined as a function of average SST anomalies over two oceanic areas of appropriate sizes and geographic locations. The screening process of SST-dipole predictors is based on an optimization algorithm that sifts through all possible dipole configurations (with progressively refined data resolutions) and identifies dipoles with the strongest teleconnection to the external hydro-climatic series. The strength of the teleconnection is measured by the Gerrity Skill Score. The significant dipoles are cross-validated and used to generate ensemble hydro-climatic forecasts. The dipole teleconnection method is applied to the forecasting of seasonal precipitation over the southeastern US and East Africa, and the forecasting of streamflow-related variables in the Yangtze and Congo Rivers. These studies show that the new method is indeed able to identify dipoles related to well-known patterns (e.g., ENSO and IOD) as well as to quantify more prominent predictor-predictand relationships at different lead times. Furthermore, the dipole method compares favorably with existing statistical forecasting schemes. An operational forecasting framework to support better water resources management through coupling with detailed hydrologic and water resources models is also demonstrated.

La dynamique des courants de gravité turbulents sur une pente uniforme en rotation est analysée par des expériences. Ces écoulements denses jouent un rôle important en océanographie dans le renouvellement des eaux profondes qui font parties du cycle de convection thermohaline global. La grande cuve tournante Coriolis (LEGI) permet d'étudier à l'échelle du laboratoire un courant de gravité en similitude avec les échelles océaniques.<br /> La propagation de ces courants est fortement influencée par la rotation et le mélange turbulent avec le milieu ambiant, et sa dynamique est instable. Les interactions entre le courant et le milieu ambiant liées aux phénomènes d'entraînement et d'extraction de fluide, contrôlent la position de stabilisation du courant le long des côtes, sa densité et sa vitesse. Des lois d'échelle basées sur la conservation du flux de flottabilité sont proposées, décrivant l'évolution des principales caractéristiques de l'écoulement le long de la pente. <br />Elles montrent le caractère auto-similaire du courant de gravité. L'analyse des résultats expérimentaux permet de vérifier ces lois et d'étudier la structure turbulente de l'écoulement.<br />Des instabilités de plus grande échelle sont observées, générant des tourbillons cycloniques qui sont également visibles dans les écoulements océaniques. Leur étude permet de suggérer le mécanisme de leur formation. Les résultats expérimentaux sont comparés par similitude aux mesures in-situ du courant dense s'écoulant par le détroit du Danemark.

La mer des Salomon, qui voit transiter les eaux subtropicales alimentant la thermocline du Pacifique équatorial via les courants de bord ouest (WBC), pourrait moduler le climat du Pacifique tropical. Les objectifs de cette thèse sont de caractériser les circulations océaniques en mer des Salomon, notamment dans la thermocline, leurs variabilités, ainsi que les modifications des masses d'eau transitant par la mer des Salomon pour rejoindre l'équateur. Pour cela, une approche parallèle de modélisation haute résolution et d'analyse des observations disponibles a été utilisée. Un double système de WBC est modélisé dans la thermocline. Une partie des eaux du New Guinea Coastal Undercurrent rejoint le New Ireland Coastal Undercurrent, qui se rétroflecte partiellement dans l'Equatorial Undercurrent, produisant ainsi une connexion directe à la thermocline équatoriale. Le cycle saisonnier de cette circulation est forcé par le régime des ondes équatoriales et par le régime des ondes de Rossby. Les WBC sont intensifiés pendant les évènements El Nino et compensent la déplétion du volume d'eau chaude du Pacifique équatorial ouest. Les modifications des masses d'eau transitant en mer des Salomon avant de rejoindre le Pacifique équatorial ont été caractérisées à partir d'une approche lagrangienne. Un fort mélange diapycnal produit un transfert de chaleur vers le fond et une érosion du maximum de salinité présent dans la thermocline.

The shape of the thermocline and the depth of the lysoline in the western tropical Pacific are both influenced by the overlying atmosphere, and both the shape of thermocline and the depth of the lysocline can be reconstructed from foraminifera-based paleo-proxies. Paleoclimate proxy evidence suggests a southward shift of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) during times of Northern Hemisphere cooling, including the Last Glacial Maximum (LGM), 19-23 ka before present. However, evidence for movement over the Pacific has mainly been limited to precipitation reconstructions near the continents, and the position of the Pacific marine ITCZ is less well constrained. In this study, I address this problem by taking advantage of the fact that the upper ocean density structure reflects the overlying wind field. I reconstruct changes in the upper ocean density structure during the LGM using oxygen isotope measurements on the planktonic foraminifera G. ruber and G. tumida in a transect of sediment cores from the Western Tropical Pacific. The data suggest a ridge in the thermocline just north of the present-day ITCZ persists for at least part of the LGM, and a structure in the Southern Hemisphere that differs from today. The reconstructed structure is consistent with that produced in a General Circulation Model with both a Northern and Southern Hemisphere ITCZ. I also attempt to reconstruct the upper ocean density structure for Marine Isotope Stages 5e and 6, the interglacial and glacial periods, respectively, previous to the LGM. The data show a Northern Hemisphere thermocline ridge for both of these periods. There is insufficient data to draw any conclusions about the Southern Hemisphere thermocline. Using the same set of sediment cores, I also attempt to reconstruct lysocline depth over the last 23,000 years using benthic foraminiferal carbon isotope ratios, planktonic foraminiferal masses, and sediment coarse fraction percentage. Paleoclimate proxy evidence and modeling studies suggest that the deglaciation following the LGM is associated with a deepening of the lysocline and an increase in sedimentary calcite preservation. Although my data lack the resolution to constrain the depth of the lysocline, they do show an increase in calcite preservation during the last deglaciation, consistent with lysocline deepening as carbon moves from the deep ocean to the atmosphere.