L'objectif du satellite européen SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity), lancé le 02 novembre 2009, est de mesurer, par radiométrie en bande L, la salinité de surface des océans (SSS) et l'humidité des sols. Pour atteindre une précision de 0.1 – 0.2 pss sur des cartes de SSS moyennées sur 10 jours et sur 200 km x 200 km, une phase d'étalonnage et de validation des mesures doit être réalisée. Une des techniques retenues est la comparaison entre des salinités in situ, mesurées à plusieurs mètres de profondeur et les salinités SMOS, représentatives du premier centimètre sous la surface océanique. Cette différence verticale peut engendrer des biais de salinité importants, notamment en cas de fortes précipitations. Ce travail, réalisé en collaboration avec le LOCEAN et ACRI-St, se concentre sur la variabilité verticale de la salinité dans les 10 premiers mètres de la couche de surface océanique et sur ses conséquences pour la phase d'étalonnage/ validation de SMOS. Il propose, à partir de mesures in situ, une description des différences verticales de salinité sur l'ensemble des zones océaniques tropicales (30°N – 30°S). Une étude statistique de la relation entre ces différences verticales et un paramètre de pluie, construit à partir des mesures satellitaires de taux de précipitation est également effectuée. Enfin,pour combler le manque de salinités in situ proches de la surface, la possibilité d'utiliser des modèles théoriques pour simuler les différences verticales de salinité en cas de pluie a été étudiée. Les modèles utilisés sont le modèle de circulation océanique NEMO et le modèle unidimensionnel PWP ([Price et al., 1986]) qui calcule la profondeur de la couche de mélange.

Au sein du système complexe que constitue le climat, l'océan joue un rôle primordial. D'une part, il enregistre et intègre les effets du changement climatique; d'autre part, les échelles de temps de ses variations naturelles, et notamment son inertie thermique environ mille fois supérieure à celle de l'atmosphère, en font un acteur important susceptible de moduler les effets futurs du changement climatique. Cette thèse se propose de mettre en évidence des signatures du changement climatique d'origine anthropique dans l'océan. Pour cela, nous étudions les évolutions observées de la température océanique de sub-surface et de la salinité océanique de surface, au cours des trente à cinquante dernières années. Des méthodes statistiques de détection de la réponse au forçage anthropique sont utilisées pour déterminer si une influence humaine peut être détectée dans les changements récents observés.

Comprendre les mécanismes moteurs et pouvoir anticiper l'impact environnemental du phénomène El Niño Oscillation Australe (ENOA) constituent des enjeux scientifiques et sociétaux de première importance, notamment pour les Pays Emergents. Dans cette thèse, nous avons documenté et contrasté la signature de différents types d'ENOA - dits canoniques et Modoki - pour plusieurs variables climatiques essentielles (température et salinité de surface, niveau de la mer, courant de surface, précipitation, vent de surface, ...), analysé la pertinence de la théorie dite de recharge / décharge, une des quatre théories majeures d'ENOA, à rendre compte ou non de la nature quasi oscillatoire de ces différents types et quantifié l'impact potentiel des modifications des caractéristiques majeures d'ENOA sur notre interprétation des tendances climatiques à 'long' terme pour ces variables climatiques essentielles.

Dans cette thèse, nous avons abordé plusieurs thématiques liées aux modes de variabilité climatique dans l'Atlantique tropical à l'échelle interannuelle. Les analyses statistiques nous ont permis dans un premier temps de mettre en évidence les deux principaux modes dominants de cette variabilité interannuelle: un mode équatorial et un mode méridien. Le mode équatorial est responsable d'anomalies de température de surface de la mer (SST) principalement dans le Golfe de Guinée et est identifié par des variations de la pente du niveau de la mer dans la bande équatoriale. Il est dû à des rétroactions dynamiques entre le vent, le niveau de la mer et la SST. Quant au mode méridien, il se manifeste par des fluctuations inter-hémisphériques de SST et est contrôlé par des rétroactions dynamiques et thermodynamiques entre le vent, l'évaporation et la SST. L'évaluation du couplage de ces variables clés du mode méridien nous a permis de proposer un modèle conceptuel pour expliquer les principaux mécanismes responsables des oscillations du mode méridien. Le modèle a montré que le mode méridien résulte de la superposition d'un mécanisme auto-entretenu basé sur les rétroactions positives et négatives générant des oscillations régulières de haute fréquence (2-3 ans) et d'un autre mécanisme d'oscillation basse fréquence (4-9 ans) lié à l'influence d'ENSO du Pacifique Est. Comme l'évolution de ces deux modes est fortement liée au déplacement méridien de la zone de convergence intertropicale (ITCZ) qui transporte les pluies, nous avons ensuite identifié la signature de ces modes sur la salinité de la surface de la mer à l'aide observations in situ et d'une simulation numérique régionale. Les processus océaniques et/ou atmosphériques responsables de la signature de chaque mode ont été également identifiés grâce à un bilan de sel dans la couche de mélange du modèle validé. Le bilan de sel a révélé que le forçage atmosphérique, lié à la migration de l'ITCZ, contrôle la région équatoriale tandis que l'advection, due à la modulation des courants, du gradient vertical et le mélange à la base de la couche de mélange, explique les variations de SSS dans les régions sous l'influence des panaches. [...] / In this thesis, we investigate several topics related to the interannual climatic modes in the tropical Atlantic. Statistical analyses allows us to extract the two main dominant modes of interannual variability: an equatorial mode and a meridional mode. The equatorial mode is responsible for Sea Surface Temperature (SST) anomalies mainly found in the Gulf of Guinea and is linked to variations of the sea-level slope in the equatorial band. It is due to dynamic feedbacks between zonal wind, sea level and SST. The meridional mode is characterised by inter-hemispheric SST fluctuations and is controlled by dynamic and thermodynamic feedbacks between the wind, evaporation and SST. After quantifying the coupling between key variables involved in the meridional mode, we develop a conceptual model to explain the main mechanisms responsible for meridional mode oscillations. The model shows that the meridional mode results from the superposition of a self-sustaining mechanism based on positive and negative feedbacks generating regular oscillations of high frequency (2-3 years) and another low frequency oscillation mechanism (4-9 years) related to the influence of ENSO. As the evolution of these two modes is strongly linked to the meridional shift of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) and associated rainfall maximum, we identify the signature of these modes on Sea Surface Salinity (SSS) using in situ observations and a regional numerical simulation. Oceanic and/or atmospheric processes responsible for the signature of each mode are also identified through a mixed-layer salt budget in the validated model. The salt balance reveals that the atmospheric forcing, related to the ITCZ migration, controls the equatorial region while the advection, due to the modulation of current dynamics, the vertical gradient and mixing at the base of the mixed layer, explains SSS variations in regions under the influence of plumes. Finally, we study the Equatorial Kelvin wave characteristics and influences on the density that are involved in the meridional and equatorial mode connection processes, using a very simplified model of gravity wave propagation along the equator. After a brief description of this model, which was initially constructed to study dynamics in the equatorial Pacific, we apply it to the specific case of the equatorial Atlantic by validating its analytical and numerical solutions under adiabatic conditions. [...]