Mes recherches visent à mieux décrire et comprendre la variabilité des échanges air-mer de CO2 à l'époque actuelle et celle de la salinité dans l'océan de surface. Elles s'inscrivent dans les problématiques des programmes internationnaux SOLAS (‘Surface Ocean - Lower Atmosphere Study'), ‘Global Carbon Project' et CLIVAR (‘Climate Variability and predictability'). Une des originalités de mes recherches est de privilégier les mesures autonomes (satellitaires et sur bouée dérivante) pour des études à grande échelle. A mon sens, ce type de mesures présente l'énorme avantage d'offrir un échantillonnage spatio-temporel très vaste, très différent de celui des mesures in situ réalisées a partir de bateaux, par nature ponctuelles dans l'espace et dans le temps. En contre partie, les mesures acquises de façon autonome sont souvent plus difficiles à valider et concernent un nombre de paramètres plus restreint que celles acquises lors de campagnes océanographiques, peu de paramètres étant mesurables depuis l'espace ou sur bouée instrumentée. Cela m'a conduite 1) à avoir une activité importante de validation des mesures satellitaires, activité indispensable pour évaluer la qualité des estimations réalisées à partir de ces mesures et 2) à analyser des mesures in situ en vue d'identifier les processus responsables de la variabilité du CO2 océanique et de relier cette variabilité à des paramètres déductibles des mesures télédétectées. Cette approche m'a permis de déterminer la variation saisonnière et interannuelle du flux de CO2 intégré sur le Pacifique équatorial qui a servi à valider les estimations d'un modèle biogéochimique océanique et la variation saisonnière du flux de CO2 sur une large zone dans l'océan Sud (Sud de l'Australie, Nouvelle Zélande). Elle se poursuit dans l'océan Sud, avec les mesures de plus en plus nombreuses réalisées par des bouées dérivantes CARIOCA (CARbon Interface Océan Atmosphere). Dans les prochaines années, je souhaite approfondir la compréhension des mécanismes controlant la variabilité du CO2 dissous dans l'océan Sud et ceux responsables de la variabilité de la salinité dans la couche superficielle de l'océan. Du fait de son étendue, des sous-saturations régionales en CO2 de l'océan de surface et des vents forts qui y règnent, l'océan Sud est soupçonné d'être la région océanique qui absorbe le plus de carbone. Cependant, il s'agit d'une région mal connue, peu de mesures in situ étant effectuées dans cette zone à cause des conditions météorologiques extrêmes qui y règnent. Depuis 2001, 8 bouées dérivantes CARIOCA ont dérivé entre 42°S et 52°S, totalisant 44mois de mesures horaires de la pression partielle de CO2 (pCO2), de la température, de la salinité, de la fluorescence dans l'océan de surface, de la pression atmospherique et du vent réparties sur toutes les saisons. En outre, six nouvelles bouées seront déployées dans l'océan Atlantique Sud dans les trois prochaines années. Les zones et périodes échantillonnées par les bouées CARIOCA sont presque toujours sous saturées en CO2 par rapport à l'atmosphère. Nous avons identifié, à partir de corrélations entre pCO2 (mesurées soit par bateau, soit par les bouées dérivantes), la température, la salinité ou la teneur en chlorophylle télédétectée, plusieurs grandes régions (appelées ‘provinces biogéochimiques') caractérisées par des régimes de variabilité différents (dominés soit par le mélange, soit par l'activité biologique..). En outre, les mesures CARIOCA montrent une variabilité du CO2 océanique très importante à l'échelle kilométrique, variabilité inaccessible depuis les mesures bateau. Pour déterminer le flux air-mer sur de grandes zones de l'Océan Sud, la démarche proposée est la suivante : 1) déterminer les frontières de chaque province biogéochimique ainsi que leur variabilite saisonniere au moyen de mesures télédétectées et/ou de connaissances climatologiques, 2) identifier dans chaque province les processus dominant la variabilité à moyenne échelle du CO2 océanique et les paramétrer de façon empirique en fonction de quantités accessibles par télédétection, 3) caractériser, au moins de façon probabiliste, la variabilité à petite échelle. Cette démarche devrait conduire à une meilleure compréhension des processus contrôlant les flux air-mer de CO2 dans chaque province, à une meilleure estimation de la répartition spatio-temporelle des flux et fournir ainsi des éléments de validation pour les flux déduits de modèles biogéochimiques ou de modèles inverses atmosphériques. Elle conduira en outre à une meilleure description et compréhension de l'origine de la variabilité de la salinité de surface sur cette région. En parallèle aux études sur les flux air-mer de CO2, je me suis impliquée depuis 1999 dans des études prospectives sur la télédétection de la salinité de surface de la mer (SSS) par radiométrie hyperfréquence en bande L (longueur d'onde 21cm ; la pénétration de la mesure radiométrique en bande L est de l'ordre de 1cm). La SSS est contrôlée par les échanges d'eau douce à l'interface air-mer (bilan évaporation – précipitation), par l'advection océanique et le mélange de masses d'eau de salinité différentes. Actuellement la description de sa variabilité est très imparfaite du fait du faible nombre de mesures in situ. La télédétection par radiométrie en bande L permettra de multiplier les mesures mais, à cause du faible rapport signal sur bruit de la mesure radiométrique à la SSS, la précision attendue sur une SSS individuelle est de l'ordre de 1psu, bien moins bonne que celle accessible avec les instruments traditionnellement utilisés en mer. L'instrument SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) accepté par l'Agence Spatiale Européenne (ESA) devrait être lancé en 2007, l'instrument Aquarius accepté par la NASA devrait être lancé an 2009. L'objectif fixé pour les deux missions est d'atteindre une précision de 0.2psu pour des SSS moyennées sur 200x200km2, 10 jours. Au moyen d'un modèle d'émissivité que nous avons développé et d'un simulateur d'instrument, nous avons montré que cet objectif était réalisable avec les mesures SMOS à condition que les fortes contraintes imposées sur la précision absolue de la mesure radiométrique soient respectées et que la précision des corrections géophysiques soit particulièrement soignée (en particulier la correction de l'effet de rugosité de la surface de la mer). Je participe d'ici 2007, à des études visant à l'amélioration du modèle de transfert radiatif, à la définition des données auxiliaires et du modèle d'inversion devant être utilisés par l'Agence spatiale Européenne pour l'obtention de la SSS. Lorsque les premières mesures SMOS seront disponibles, je m'impliquerai, dans un premier temps, dans la validation des mesures afin de mieux appréhender les atouts et les défauts de ce nouveau type de mesures et d'optimiser leur utilisation pour des études scientifiques océaniques. Une fois ces mesures validées, je souhaite mettre à profit leur couverture synoptique pour mieux décrire la variabilité de la SSS, améliorer la compréhension des mécanismes qui en sont la cause et en déduire des améliorations sur les estimations de flux air-mer de CO2. En effet si pCO2 en un point donné est peu sensible aux phénomènes de dissolution/évaporation, il est par contre fortement dépendant de l'advection et des mélanges de masses d'eau différentes dont la SSS peut servir de traceur, comme par exemple l'advection de zones fortement dessalées dans le Pacifique équatorial ou les rejets de grands fleuves.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00470532 |
| Date | 28 April 2006 |
| Creators | Boutin, Jacqueline |
| Publisher | Université Pierre et Marie Curie - Paris VI |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | habilitation ࠤiriger des recherches |
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