L'Oscillation de Madden-Julian (MJO) est le principal mode de variabilité intrasaisonnière (20-90 jours) dans les tropiques. La MJO se caractérise par une perturbation de la dynamique de grande échelle et des précipitations se propageant principalement vers l'Est à une vitesse 5 m/s à l'équateur, et aussi vers le Nord en été boréal. Malgré son importance, cette perturbation est mal reproduite dans les modèles de circulation générale (MCG). Ce défaut des MCGs a été attribué en partie à un déclenchement trop fréquent du schéma de convection profonde du modèle qui préserverait trop la stabilité statique dans les tropiques et empêcherait la formation de fortes perturbations organisées de la convection et le développement de la réponse dynamique de grande échelle qui en résulte. Cette thèse a donc pour objectif d'étudier l'impact de l'inhibition de la convection sur l'état moyen et la variabilité tropicale dans le MCG LMDZ. Pour cela, deux paramètres - la fermeture et l'entraînement - d'un même schéma convectif, qui étaient initialement basés sur le profil vertical de la convergence d'humidité, ont été modifiés. Le taux entraînement du schéma modifié est proportionnel à l'humidité relative de l'environnement. Des études de sensibilité dans un modèle unidimensionnel montrent que, par rapport au schéma initial, cette modification a pour effet d'inhiber la convection dans une atmosphère sèche et de la favoriser en atmosphère humide, les précipitations deviennent donc plus rares et plus intenses. Avec ce nouvel entraînement, les simulations globales du modèle atmosphérique LMDZ présentent effectivement une plus forte variabilité tropicale de la dynamique et des précipitations à toutes les échelles de temps. Le cycle saisonnier des précipitations est aussi mieux reproduit ainsi que la propagation vers l'Est et vers le Nord des perturbations intrasaisonnières. L'ajout d'une fermeture en CAPE modifie peu ce comportement, mais accélère légèrement la propagation vers le Nord et vers l'Est de la MJO, et donne un état moyen et une variabilité un peu plus réaliste dans les tropiques. / The Madden-Julian oscillation (MJO) is the dominant mode of the Tropical intraseasonal variability. The MJO is characterized by a wide region of rain perturbation propagating eastward along the equator at a speed of about 5 m/s, from the Indian Ocean to the Central Pacific with a period of 20-90 days. Its boreal summer counterpart, referred as the Boreal Summer Intraseasonal Oscillation (BSISO), propagates both eastward and northward. The LMDZ atmospheric global circulation model (GCM), like most climate models, still has difficulties to represent correctly these two modes of tropical intraseasonal variability. One of the causes of this deficiency has been attributed to the lack of intense rain events organized at large scale. If the convection is triggered too easily in a GCM, the convective instability cannot accumulate in a column and trigger an organized convection at a basin scale. This thesis consisted in testing the role of several ways of inhibiting the convection in the simulation of the MJO in the LMDZ GCM. For this purpose, we have first evaluated the impact of entrainment and closure assumptions of the convective scheme on the structure of the atmospheric column using a 1D model and on the tropical variability using the LMDZ GCM. An entrainment that is dependant on the relative humidity of the environment has been implemented in the Tiedtke (1989) convective scheme. The new entrainment inhibits the convection in a dry environment and promotes the convection in a humid environment. This favours strong ascents and subsidence and consequently increases the variance of precipitation at all time scales. The new closure, based on the convective instability (CAPE) instead of the moisture convergence, decreases the occurrence of strong rain events and gives a more realistic mean state. The east-west ratio is increased at intraseasonal scale but it is not sufficient to organise correctly the eastward propagation related to the MJO. The seasonal cycle of the tropical precipitation over India is however improved. The LMDZ is able to reproduce correctly the signature of the northward propagation of the BSISO with a period of 40 days in Boreal Summer. We have shown, with A Local Mode Analysis (LMA), that the new entrainment produces intraseasonal perturbations related to the northward propagation of the BSISO which are more reproducible and more organized on the northern Indo-Pacific region.

Le rôle de l'Oscillation de Madden-Julian ("MJO") sur la variabilité pluviométrique de l'Afrique Subsaharienne est ici examiné, à l'aide de relevés pluviométriques quotidiens et des réanalyses NCEP-DOE AMIP-II. Le signal convectif et dynamique associé à la MJO est extrait à l'aide de deux méthodes statistiques, les indices journaliers du BMRC (Wheeler & Hendon 2004) et une analyse en modes locaux ("LMA", Goulet & Duvel 2000). Dans un premier temps, la variabilité temporelle de l'oscillation est abordée à l'échelle de la ceinture tropicale (période, amplitude, saisonnalité, localisation des anomalies convectives). Si l'amplitude globale du signal n'apparaît pas reliée à El Niño, les oscillations se produisant lors des années El Niño (La Niña) tendent à être plus courtes (longues). Les conditions de surface (dont les température de surface marine) et le cycle annuel sont également des paramètres influant fortement sur la localisation des anomalies convectives les plus marquées associées à la MJO. Dans un second temps, la réponse de la pluviométrie à la MJO est examinée dans 3 ensembles régionaux de l'Afrique Subsaharienne. Dans les 3 cas examinés, la (les) saison(s) des pluies est (sont) significativement affectée(s). Sur l'Afrique de l'Est Equatoriale (Kenya, nord de la Tanzanie), les Hautes Terres d'Afrique montrent l'alternance d'une phase humide et d'une phase sèche au cours du cycle de la MJO. Les mécanismes pluviogènes font intervenir essentiellement la convection atmosphérique profonde. Sur les Basses Terres de l'est en revanche, et sur les plaines littorales, le pic de pluie est enregistré en opposition de phase par rapport aux Hautes Terres, et est relié à un renforcement des alizés depuis l'océan Indien. Une influence significative est également trouvée en Afrique Australe (sud de 15°S), et résulte d'un renforcement de l'anticyclone des Mascareignes, qui favorise via une circulation anticyclonique sur l'Afrique, un apport d'humidité sur la région depuis l'océan Indien tropical. Sur l'Afrique de l'Ouest enfin, la MJO est avant tout impliquée dans une baisse récurrente de la pluviométrie, et très secondairement seulement dans une amplification des cumuls journaliers. Cette dernière ne semble pas résulter uniquement de processus convectifs. L'exemple des Long Rains d'Afrique de l'Est (mars à mai) est ensuite utilisé pour explorer les interactions d'échelle dont la MJO est à l'origine. Aux pas de temps "courts", le cycle diurne de la convection est sensiblement modifié d'une phase de la MJO à l'autre ; les dates de démarrage de la saison des pluies et les évènements pluviométriques exceptionnels montrent également un calage très bon sur la phase de la MJO. Aux pas de temps "longs", une partie significative de la variabilité interannuelle des Long Rains est statistiquement corrélée à l'amplitude saisonnière moyenne de la MJO, qui semble dont rajouter régulièrement de la pluie sur la région plutôt que d'amplifier seulement les écarts entre les phases les plus humides et les plus sèches.

Les océans Pacifique et Indien tropicaux se partagent la plus grande étendue d'eau chaude et de convection profonde de la planète. Cette région est le siège de la branche ascendante de la circulation de Walker, circulation atmosphérique d'échelle planétaire parfois décrite comme la " machine thermique " de la Terre. Cette région, dont les répercussions sur le climat sont importantes, est aussi source de variabilité océanique et atmosphérique aux échelles intrasaisonnières et interannuelles . En effet, la variabilité interannuelle associée à El Niño, dans l'océan Pacifique, et - dans une moindre mesure - au dipôle de l'Océan Indien (DOI) ont des conséquences climatiques marquées sur les pourtours de ces bassins et à l'échelle du globe. La variabilité intrasaisonnière liée à l'oscillation de Madden-Julian (OMJ) a également des conséquences climatiques marquées : modulations des moussons indiennes et australiennes et un rôle potentiellement important dans le déclenchement d'ENSO. Dans ce mémoire, je vais décrire mes travaux de recherche sur la variabilité océanique et atmosphérique aux échelles intrasaisonnière et interannuelle dans les Océans Indien et Pacifique. El Niño ou le DOI sont des modes couplés : c'est la rétroaction positive découlant des interactions océan-atmosphère qui est source de variabilité (le " Bjerknes feedback "). À l'échelle intrasaisonnière, le rôle du couplage océan-atmosphère semble moins primordial, et modifie seulement des modes de variabilité essentiellement atmosphériques ou océaniques. Par exemple, les ondes d'instabilité dans le Pacifique Est sont le résultat d'une instabilité interne océanique. Cependant, elles affectent la stabilité atmosphérique, les vents de surface, et cela tend à réduire légèrement leur activité. À l'inverse, l'OMJ est un phénomène dont la source est atmosphérique, naissant du couplage entre dynamique et convection dans les tropiques. Toutefois, nous verrons que ce phénomène a une réponse océanique forte dans l'Océan Indien, à la fois en termes de dynamique et de thermodynamique. Le degré d'influence du couplage dans les propriétés de l'OMJ reste toutefois une question largement ouverte. Nous nous intéresserons aussi à la question des interactions entre ces différents modes de variabilité. Nous verrons par exemple comment la variabilité intrasaisonnière atmosphérique peut déclencher un El Niño, comment El Niño peut supprimer l'activité des ondes tropicales d'instabilité et l'effet retour, comment le DOI module l'activité de l'OMJ et enfin, quelles sont les interactions entre DOI et El Niño. Je présenterai alors une région de l'Océan Indien assez emblématique de ces interactions d'échelle, et dans laquelle j'ai développé une activité d'observations (campagnes océanographiques Cirene de 2005 à 2008 et projet de campagne TRIO). La bande 5°S-10°S dans l'Océan Indien est une région très particulière. En raison de la structure des vents, la thermocline y est proche de la surface et la couche de mélange est peu profonde, ce qui induit une forte réactivité de la température de surface aux sollicitations de l'atmosphère. De plus, la température de surface en hiver boréal est proche du seuil de convection, impliquant une sensibilité accrue de l'atmosphère à de petites variations de température. Ces deux facteurs augmentent le couplage océan atmosphère dans cette région qui a une variabilité très marquée aux échelles synoptiques (cyclones), intrasaisonnières (OMJ) et interannuelle (réponse à El Niño, mais aussi au DOI). Cette région a enfin des conséquences climatiques marquées (sur l'intensité des pluies de la mousson suivante, sur le nombre de cyclones dans le secteur La Réunion-Madagascar, sur la convection au-dessus du continent maritime, et même sur l'Amérique du Nord). Pour conclure, je présenterai ma réflexion sur mes axes de recherches futurs, ainsi que mes projets en termes de campagnes et réseaux d'observations.