Etudes et évaluation de processus océaniques par des hiérarchies ...

18 CHAPITRE 3. DYNAMIQUE OCÉANIQUE ET NOTION D’ECHELLE
dynamique à des échelles plus petites peut se faire par une résolution explicite ou une
parametrisation de ses effets sur la dynamique à grande échelle, si elle est efficace.
Pour la circulation de gyre il est reconnu que la dynamique dites de méso-échelle,
l’échelle du premier rayon de Rossby barocline (environ 50km dans la région du Gulf
Stream), est essentielle pour la compréhension de la circulation gyre. En effet, on estime
que l’énergie cinétique dans les structures de méso-échelle est supérieure à l’énergie
cinétique de la circulation gyre, dont, toutefois, la plus grande partie de l’énergie totale
est stockée sous forme d’énergie potentielle disponible. La dynamique méso-échelle est
supposée chaotique (voir section 4.2). Une très grande partie des efforts de recherche
des dernières années en océanographie ont pour but de trouver des fermetures efficaces
modélisant les effets de la dynamique méso-échelle sur la circulation de gyre. Une supposée
séparation d’échelles entre la circulation de gyre ( ≈ 1000km) et les structures
méso-échelles a laissé espérer de trouver une telle fermeture. En révisant certaines hypothèses
sur lesquelles une majeure partie de ces paramétrisations sont basées, et à l’aide
des résultats de simulations numériques, j’ai montré leurs faiblesses (voir section 4.2).
Toutefois, l’état de l’art de la simulation numérique de la dynamique des océans ainsi
que les moyens de calcul ont aujourd’hui atteint un niveau où la dynamique méso-échelle
commence à être explicitement résolue. Dans un futur proche, les simulations de la circulation
globale seront réalisées à une résolution inférieure à environ 5km. La majeur
partie de la dynamique méso échelle sera explicitement résolue, et ne nécessitera plus de
paramétristation.
La dynamique des océans ne s’arrête toutefois pas à la méso-échelle. En effet, il y a
sept ordres de grandeur entre la méso-échelle et la très petite échelle à laquelle l’énergie
est dissipée. Les images satellitaires récentes de la couleur de l’eau de surface montrent en
effet clairement des structures filamentaires subméso-échelle d’une extension horizontale
de seulement quelques kilomètres (voir fig. 3.3). La dynamique à ces échelles est influencée
ou dominée par la rotation, la stratification et la topographie dont l’importance relative
varie avec l’espace, le temps et l’échelle considérée. Toute échelle inférieur à la méso-échelle,
j’appelle la subméso-échelle. Des processus de subméso-échelles, le sujet principal de ma
recherche récente, ne jouent pas un rôle passif, ne sont pas gouvernés par la dynamique
méso échelle (voir Müller et al. 2005). Au contraire, les processus de subméso-échelles
agissent sur la dynamique à des échelles de taille supérieure, la méso-échelle et influencent
de façon indirecte la dynamique de gyre. On peut supposer qu’une compréhension fine de
la dynamique océanique à la méso-échelle, et de la circulation globale des océans, n’est
pas possible sans tenir compte de l’influence de la sub-méso-échelle.
L’énergie cinétique est injectée dans l’océan à des grandes échelles spatiales, principalement
par la tension du vent à sa surface (voir fig. 3.4). L’instabilité barocline et
l’instabilité barotrope transfèrent une partie de cette énergie à la méso-échelle. La dynamique
des échelles supérieures à la méso-échelle est bien représentée par la dynamique des
“balanced equations” et possède une cascade d’énergie inverse vers les grandes échelles.
L’énergie peut toutefois seulement être dissipée, transformée en énergie interne, aux très
petites échelles, de l’ordre du centimètre, où les termes de dissipation et de viscosité
moléculaire dominent. Les mécanismes du transport d’énergie de la grande ou la mésotel-00545911,
version 1 - 13 Dec 2010