Cette thèse s’intéresse aux interactions entre l’océan et l’atmosphère dans le Pacifique Sud-Est, à des échelles comprises entre 10 et 300 km ("meso-échelle" océanique). Des observations satellites et un modèle couplé à haute résolution (1/12°) sont utilisés pour mettre en évidence et caractériser la relation entre la meso-échelle de température de surface de la mer (SST) et celle de l’intensité de la tension de vent (TV). Les observations montrent qu’environ un tiers de la meso-échelle de l’intensité de la TV est expliquée par les anomalies de la SST. L’intensité de la réponse de la TV aux anomalies de SST présente des variations spatiales et un cycle saisonnier marqué, également reproduits par le modèle. Une analyse de l’ajustement de la couche limite atmosphérique aux anomalies de meso-échelle de la SST dans les simulations permet d’expliquer ce cycle saisonnier et de comprendre l'origine des variations de la TV et de la vitesse du vent. Le modèle permet également d'étudier les conséquence de la modulation des flux à l’interface air-mer par la meso-échelle de SST et de courant de surface sur la dynamique océanique du Pacifique Sud-Est. D’une part, près de la côte, la réponse de la TV à la présence du front de SST diminue l’intensité de l’upwelling et la génération d’énergie cinétique turbulente (EKE) par instabilité barocline. La réponse de l’atmosphère à la meso-échelle de SST a également une rétroaction négative sur les anomalies de SST. D’autre part, la modulation de la TV par les courants de surface diminue la génération d’EKE par le travail des anomalies de TV, et créé un pompage d’Ekman qui atténue les anomalies de meso-échelle de la hauteur du niveau de la mer. / This PhD thesis studies the air/sea interactions at the oceanic mesoscale (10-300 km) in the South-East Pacific and their consequences. Satellite observations and a high-resolution regional ocean-atmosphere coupled model are used to evidence and characterize the mesoscale Sea Surface Temperature (SST)-wind stress (WS) interactions. Offshore from 150km, observations show that one third of the WS mesoscale intensity is explained by the SST mesoscale anomalies. The intensity of the WS response intensity to the SST displays similar spatial and seasonal variability in both the model and the observations. The simulation is further analyzed to study this variations and to understand the boundary layer adjustment mechanisms. A momentum balance evidenced that the near surface wind anomalies are created by the anomalies of the turbulent mixing term. It is shown that WS intensity anomalies due to SST anomalies are are mainly forced by mixing coefficient anomalies and partially compensated by wind shear anomalies. The consequences on the oceanic dynamics of the air-sea momentum, heat and fresh water fluxes by mesoscale SST and surface current are investigated in the simulations. On one hand, near the coast, the WS response to the upwelling SST front decreases both the upwelling and the eddy kinetic energy (EKE) generation by baroclinic conversion. A negative feedback of the atmospheric response on the SST anomalies amplitude is also evidenced. On the other hand, the WS modulation by oceanic surface currents decreases the EKE generation by the mesoscale wind work. It also creates an Ekman pumping centered above the eddies and attenuating sea surface height anomalies.

Cette thèse s'intéresse à la dynamique océanique induite par les échelles spatiales et temporelles de l'atmosphère, et du vent en particulier, dans les régions d'upwelling du Benguela et des Canaries. Ces régions sont sous l'influence d'un vent local ou régional, soufflant parallèlement à la côte. "Moteur" principal de la résurgence d'eau froide, ce vent est modulé par des processus physiques à des échelles spatio-temporelles variées. La nature des interactions avec l'atmosphère, l'océan et le continent environnants diffère selon les processus. Depuis deux décennies, des efforts remarquables portent sur la description par télédétection des champs atmosphériques à la surface de l’océan. Un nombre croissant de missions spatiales et des améliorations techniques majeures ont permis de raffiner la résolution horizontale et temporelle des produits disponibles à l'échelle globale. La disponibilité de multiples mesures diffusiométriques grillées, traitées et distribuées par le LOSCERSAT,nous amène dans un premier temps à comparer et analyser la richesse et la finesse des échelles retranscrites par différents produits. Ainsi, plusieurs gammes d'échelles de vent sont différenciées et leurs signatures sur l'upwelling côtier sont étudiées. L'intensité des anticyclones subtropicaux (Sainte Hélène et Açores) module la saisonnalité de l'upwelling le long des côtes Ouest africaines. Les régions centrales des upwellings de l’Atlantique, sous l'influence permanente de ces centres de haute pression, sont ainsi les cellules d'upwelling les plus intenses de chacun des systèmes en termes de pérennité et d'intensité (cellule de Lüderitz et cellule de Dakhla respectivement dans l'hémisphère Sud et l'hémisphère Nord). À l'échelle régionale, ou l'échelle des sous-bassins (O(1000 km)), la variabilité intrasaisonnière du vent est contrôlée par le renforcement ou l'atténuation des anticyclones entraînant à la côte l'activation ou la relaxation d'événements d'upwelling. À des échelles plus petites (O(100 km)), le front caractéristique de température de surface (SST) entre la côte et le large façonne la structure spatiale du vent par des processus de stabilisation/déstabilisation de la colonne d'air. Un vent soufflant en direction de l'équateur et parallèlement à un front de SST aura tendance à diminuer (augmenter) sur le flanc froid (chaud) de ce front. Le rotationnel (la divergence) du vent est directement impacté(e) et répond linéairement, au premier ordre, à la composante du gradient de SST normale (tangentielle) à la direction du vent. Ces rétroactions océaniques sont caractérisées par une échelle temporelle allant de l'hebdomadaire au mensuel. Enfin, de fines échelles du vent sont couramment observées dans les premiers kilomètres de l’océan au voisinage de la côte. L’interface entre le large et le continent est en effet associée à un affaiblissement significatif des vents. L'extension zonale de cette transition (O(10 km)) dépend notamment de l'orographie et de la rugosité de surface du continent adjacent. L'impact d'une telle réduction du vent sur la structure des upwellings côtiers, la dynamique sous-jacente et le transport côte-large de particules est appréhendé à l'aide d'analyses numériques eulériennes et lagrangiennes. / This study focuses on the oceanic response to fine atmospheric spatial and temporal scales, and especially fine wind patterns in the Benguela and Canary upwelling systems. These regions are under the influence of local or regional wind, blowing parallel to the coast. Thewind is the main driver of the cold-water upwelling and is modulated by several physical processes at various scales. The nature of the interactions with the atmosphere, the ocean and the adjacent continent differs according to these processes. For the past 20 years, outstanding efforts have been made in the description and understanding of the atmospheric conditions at the sea surface. An increasing number of space missions and major technical improvements have allowed refinement of the horizontaland temporal resolution of the products available at global scale. The availability of multiple gridded scatterometer measurements,processed and distributed by the LOS-CERSAT, brings us first to compare and analyze the richness and fineness of the scales of a few products. We differentiate several wind scales and study their signatures on coastal upwelling dynamics. The intensity of the subtropical anticyclones (Saint Helena andAzores) modulates the seasonality of the upwelling along the Africanwest coast. The central regions of both upwelling systems are permanently under the influence of these atmospheric highs and,thus, are the most intense upwelling cells of each system, both interms of durability and intensity (Lüderitz and Dakhla cells for the southern and the northern hemisphere, respectively). On a regional scale, or basin scale (O(1000 km)), the intraseasonal wind variability is driven by the strengthening or weakening of these anticyclones, causing the activation or relaxation of upwelling events at the coast.At smaller scales (O(100 km)), the characteristic sea surface temperature (SST) front between the coastal and open ocean shapes the spatial structure of the wind by stabilization/destabilization of the air column. An equatorward-blowing wind parallel to an SST front tends to decrease (increase) on the cold side (warm) of this front. The curl (divergence) of the wind is directly impacted and the first order response varies linearly with the crosswind (downwind) SST gradient. This oceanic feedback is characterized by weekly to monthly temporal scales. Finally, small-scale wind structures are frequently observed in the first kilometers of the coastal ocean. Indeed, the interface between the open ocean and the continent is associated with a significant wind drop-off. The zonal extension of this transition (O(10 km) depends on the orography and on the surface roughness of the adjacent continent. The impact of such a wind reduction on the structure of the coastal upwelling, the underlying ocean dynamics and the cross-shore transport of particles is diagnosed with both Eulerian and Lagrangian numerical analyses.

" Quels sont les pré-requis pour étudier l'influence du changement climatique simulé par les modèles couplés globaux de la génération actuelle sur le système d'upwelling du Pérou-Chili?" constitue la question centrale de cette thèse de doctorat. Grâce à une approche de downscaling (descente d'échelle) dynamique réalisé avec le modèle ROMS (Regional Oceanic Modelling System) pour une configuration au 1/6° de type eddy-resolving (cad qui permet de représenter les tourbillons mésoéchelle), nous espérons comprendre les processus qui vont contrôler les changements futurs de la circulation océanique dans cette région influencée par ENSO (El Niño-Oscillation Australe). Une étude des mécanismes physiques qui contrôlent la variabilité de type ENSO dans les simulations PI (pré-industrielles) réalisées avec les CGCMs (Modèles Couplés de Circulation Générale) de l'ensemble multi-modèle du WCRP-CMIP3 (les " modèles du GIEC ") permet d'identifier les modèles les plus fiables en termes de variabilité équatoriale. Elle est basée sur l'utilisation d'un modèle couplé intermédiaire du Pacifique tropical avec une stratification moyenne et un forçage de vent prescrits, afin de pouvoir dériver explicitement les termes d'advection du bilan de chaleur de la couche de mélange. Cette analyse permet de classifier les modèles en fonction de leur processus ENSO dominant: zonal advective feedback ou thermocline feedback. Les modèles au feedback hybride comme dans les observations représentent le mieux les processus couplés qui contrôlent la variabilité de la TSM, ce qui nous conduit à faire l'hypothèse que ce sont ceux qui fournissent les indices de confiance les plus élevés en termes de prédiction de l'évolution d'ENSO avec le réchauffement global. Parmi eux, deux CGCMs (IPSL-CM4 et INGV-ECHAM4) reproduisent le mieux l'état moyen ainsi que la variabilité intrasaisonnière à interannuelle de la température et des courants à la frontière Ouest du domaine du Pérou-Chili (100°W) et sont donc retenus pour des expériences de downscaling sur la région du HCS (Système de Courant de Humboldt). Les sorties océaniques des simulations PI et 4xCO2 (quadruplement de CO2) réalisées avec ces CGCMs sont utilisées directement comme conditions aux frontières ouvertes du modèle ROMS, tandis qu'un produit de vent haute-résolution (~50km) dérivé des CGCMs au moyen d'une méthode de downscaling statistique ainsi que les flux air-mer issus des CGCMs sont utilisés pour fournir le forçage atmosphérique. Par ailleurs, une simulation régionale de contrôle est réalisée à l'aide de ROMS avec des conditions aux frontières (réanalyse globale ORCA05 ½°) et un forçage atmosphérique (vents du satellite ERS et flux de la réanalyse atmosphérique globale ERA-40) réalistes sur la période 1992-2000. Cette simulation sert de référence pour les simulations de changement climatique régional. Elle permet notamment de documenter l'impact des ondes de Kelvin équatoriales intrasaisonnières sur la variabilité près de la côte, et illustrer ainsi l'importance du forçage à distance d'origine équatoriale pour la dynamique régionale du HCS. Nos résultats montrent en particulier que la latitude critique du modèle est située 5 à 15 degrés plus au sud que celle prédite par la théorie linéaire des ondes libres baroclines, surtout pour les oscillations autour de 120 jours. Le modèle régional présente une variabilité du large significative au sud de la latitude critique théorique, ce qui est également le cas dans les données satellite, soulignant ainsi les limites de la théorie linéaire dans le Pacifique Sud Est. De manière plus générale, ce travail propose une méthodologie pour effectuer des expériences de downscaling du changement climatique, qui constituent le lien nécessaire entre simulations du réchauffement global à l'échelle planétaire et études d'impact sur les écosystèmes, la pêche, l'agriculture et la société à l'échelle locale. Le travail contribue également à améliorer notre compréhension de certains mécanismes d'intérêt pour de telles études du changement climatique à l'échelle régionale.