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Soutenance de thèse de M. Quentin-Boris BARRAL – Laboratoire MIO

Le Bureau des Études Doctorales a le plaisir de vous informer que

Monsieur Quentin-Boris BARRAL

Doctorant au laboratoire MIO rattaché à l’École Doctorale 548 « Mer & Sciences » (France)

 soutiendra sa thèse en vue de l’obtention du Grade de Docteur

 sous la direction de

M. Bruno ZAKARDJIAN, professeur des UniversitésUniversité de Toulon (France), Directeur de thèse

Co-encadré par

M. Franck DUMAS, Chargé de Recherche, SHOM, Brest (France)

M. Pierre GARREAU, Chargé de Recherche -HDR, LOPS, IFREMER, Brest (France)

Discipline : Sciences de l’Univers

Spécialité : Océanographie Physique

sur le thème

Caractérisation du front Nord-Baléares : variabilité et rôle de la circulation des masses d’eau en Méditerranée Occidentale

Jeudi 21 juillet 2022 à 14h00

A l’Université de Toulon – Campus La Garde – Bâtiment X – Amphi X.300

devant un jury composé de

Mme Claude ESTOURNEL, Directrice de Recherche-CNRS, LEGOS-Toulouse Rapportrice

Mme Sabrina SPEICH, Professeur, LMD-ENS-IPSL Paris Rapportrice

Mme Karina von SCHUCKMANN, Chargée de Recherche-HDR, Mercator-Océan, Toulouse Examinatrice

M. Baptiste MOURRE, Chargé de Recherche, SOCIB, Palma de Majorque (Espagne) Examinateur

M. Samuel SOMOT, Chargé de Recherche, CNRM, Météo-France Toulouse (France) Examinateur

M. Franck DUMAS, Chargé de Recherche, SHOM, Brest (France), Invité

M. Pierre GARREAU, Chargé de Recherche -HDR, LOPS, IFREMER, Brest (France), Invité

M. Bruno ZAKARDJIAN, Professeur des Universités, Université de Toulon (France), Directeur de thèse

Résumé :

En Méditerranée Occidentale, le front des Baléares (BF) marque l’affrontement des eaux atlantiques (AWs) moins salées et méditerranéennes (mAWs) plus salées ; le front Liguro-Provençal résulte du transport des eaux chaudes tyrrhéniennes dans le Courant Nord ; le front des Pyrénées (PF) est issu du contraste nord-sud des forçages éoliens autour des Pyrénées. Le front Nord-Baléares (NBF) situé entre îles Baléares, Corse et Sardaigne, semble séparer les bassins Provençal et Algérien, et est moins bien défini. Certaines études le considèrent comme un front thermique, d’autres comme un front de salinité, ou encore associé à une possible circulation de fermeture entre Minorque et la Corse du “Gyre Nord” (une boucle cyclonique de courants), voire comme limite sud à la convection hivernale. Cette thèse caractérise ce front. Une méthode de détection est appliquée aux données de température de surface de mer (SST) observées par satellite et à celles d’une simulation (la réanalyse MEDRYS1V2, 1992-2013), ainsi qu’à ses données simulées de salinité de surface de mer (SSS). Deux zones de présence récurrente des fronts apparaissent : deux zones frontales. La première relie Pyrénées et Corse par des fronts thermiques en été-automne en proche surface (0-50m). Elle constitue le prolongement à l’est du PF lorsque ses masses d’eau sont advectées en subsurface par la circulation régionale. La seconde relie Minorque et Sardaigne par des fronts halins sans variabilité saisonnière. Elle caractérise la continuation à l’est du BF et la confrontation entre mAWs, et AWs déplacées par les tourbillons algériens (AEs). En conséquence, ces deux zones de fronts distinctes, précédemment confondues au sens du NBF, sont ici baptisées les Zones Frontales Pyrénées-Corse et Baléares-Sardaigne. La Zone Frontale thermique Pyrénées-Corse n’est pas influencée par la formation d’eau profonde (DWF). En revanche, la Zone Frontale haline Baléares-Sardaigne présente une variabilité spatiale à l’échelle interannuelle. Elle se déplace vers le sud sur une centaine de kilomètres lors des années à DWF, et sans, retrouve sa position stable au nord sous l’influence des AEs. Un algorithme diagnostique de détection des masses d’eau du bassin occidental a été développé pour les quantifier dans la réanalyse. Il évalue leurs caractéristiques, leurs cœurs, volumes et circulations spécifiques. Le premier résultat est l’oscillation saisonnière latitudinale du courant de fermeture du Gyre Nord. Sont aussi détectés des épisodes irréalistes de circulation et mélange d’eau profonde (1998-1999, 2003 et 2010). Néanmoins, la réanalyse leur est résiliente, si bien qu’une dynamique interannuelle est observée sur les eaux profondes : la DWF disloque le Gyre Algérien profond et cyclonique. Différencier ces deux régimes (avec ou sans DWF) montre que toutes les masses d’eaux sont affectées par la déstabilisation du gyre. En surface, les AWs ne subissent plus l’entraînement cyclonique et leur circulation zonale migre le sud, expliquant le déplacement de la Zone Frontale Baléares-Sardaigne. Autrement, la Transition Ouest-Méditerranéenne (WMT, due à la DWF de 2005) a entraîné un débordement réaliste des eaux profondes dans le canal de Sardaigne en 2009. L’algorithme montre que ce transit profond ouest-est a provoqué en surface un retour est-ouest. Cet évènement apporte des mAWs par le canal de Sardaigne au lieu, d’ordinaire, le canal Est-Corse. Il a amené une partie des AWs vers le bassin provençal en 2009, déplaçant de manière atypique mais réaliste la Zone Frontale Baléares-Sardaigne jusqu’à la Corse.

Mots clés : Front, Masse d’eau, Réanalyse, Variation saisonnière, Variabilité inter-annuelle, Formation d’eau profonde, Tourbillon, Méditerranée

Characterisation of the North Balearic Front: variability and rôle of water mass circulation in the Western Mediterranean

Abstract 

In the Western Mediterranean, the Balearic front (BF) marks the confrontation of less salty Atlantic waters (AWs) and more salty Mediterranean waters (mAWs); the Liguro-Provençal front results from the transport of warm Tyrrhenian waters in the Northern Current; the Pyrenees front (PF) is the result of the north-south contrast of the wind forcing around the Pyrenees. The North Balearic Front (NBF) located between the Balearic Islands, Corsica and Sardinia, seems to separate the Provencal and Algerian basins, and is less well defined. Some studies consider it as a thermal front, others as a salinity front, or associated with a possible closing circulation between Menorca and Corsica of the “North Gyre” (a cyclonic loop of currents), or even as a southern limit to winter convection. This thesis characterizes this front. A detection method is applied to satellite observed sea surface temperature (SST) data and to those of a simulation (the MEDRYS1V2 reanalysis, 1992-2013), as well as to its simulated sea surface salinity (SSS) data. Two areas of recurrent presence of fronts appear: two frontal areas. The first one connects the Pyrenees and Corsica by thermal fronts in summer-autumn at the near surface (0-50m). It constitutes the eastern extension of the PF when its water masses are advected to the subsurface by the regional circulation. The second connects Menorca and Sardinia by haline fronts without seasonal variability. It characterizes the eastern continuation of the BF and the confrontation between mAWs, and AWs displaced by Algerian eddies (AEs). Consequently, these two distinct fronts, previously confused in the sense of the NBF, are here named the Pyrenees-Corsica and Balearic-Sardinia Frontal Zones. The Pyrenees-Corsica Thermal Frontal Zone is not influenced by deep water formation (DWF). On the other hand, the Balearic-Sardinian Haline Frontal Zone shows spatial variability on an interannual scale. It moves southward for about 100 km in DWF years, and without, regains its stable position to the north under the influence of AEs.  A diagnostic algorithm for detecting water masses in the western basin has been developed to quantify them in the reanalysis. It evaluates their characteristics, their specific cores, volumes and circulations. The first result is the latitudinal seasonal oscillation of the North Gyre closing current. Also detected are unrealistic episodes of circulation and deep water mixing (1998-1999, 2003 and 2010). Nevertheless, the reanalysis is resilient to them, so that an interannual dynamic is observed on the deep water: the DWF dislocates the deep and cyclonic Algerian Gyre. Differentiating these two regimes (with or without DWF) shows that all water masses are affected by the destabilization of the gyre. At the surface, the AWs are no longer subject to cyclonic entrainment and their zonal circulation migrates south, explaining the displacement of the Balearic-Sardinian Frontal Zone. Otherwise, the West Mediterranean Transition (WMT, due to the DWF of 2005) led to a realistic overflow of deep water in the Sardinia Channel in 2009. The algorithm shows that this deep west-east transit caused an east-west return at the surface. This event brings mAWs through the Sardinia Channel instead of the usual East-Corsica Channel. It brought part of the AWs to the Provençal basin in 2009, moving in an atypical but realistic way the Balearic-Sardinian Frontal Zone to Corsica.

Keywords: Front, Water mass, Reanalysis, Seasonal variations, Annual variability, Deep Water Formation, Eddies, Mediterranean