Les interactions ondes internes - méso-échelle et leurs rôles dans la cascade d’énergie : étude en Méditerranée dans le cadre du projet SWOT

La cascade d'énergie de l'océan fait référence à la redistribution de l'énergie cinétique depuis l'échelle planétaire à laquelle elle est introduite jusqu'à sa dissipation à micro-échelle. La façon dont l'énergie est transférée à travers des échelles éloignées de 10 ordres de grandeur n'est pas encore totalement comprise. En particulier, les mécanismes permettant la dissipation de l'énergie cinétique de mesoéchelle (le plus grand réservoir de l'océan) ne sont que partiellement connus. Parmi ces voies, les interactions des ondes internes avec les structures de méso-échelle ont été identifiées comme une voie. Les ondes internes sont omniprésentes dans l'océan, avec des échelles de plusieurs centaines de mètres à plusieurs dizaines de kilomètres. Elles sont principalement générées par le vent soufflant à la surface de l'océan (ondes proche-inertielles) et par les marées barotropes (marées internes). L'objectif de cette thèse est d'étudier les interactions ondes internes - mésoéchelle et leur impact sur la cascade d'énergie ainsi que sur la dissipation de l'énergie cinétique. Pour cela, deux régions contrastées de la mer Méditerranée sont étudiées. La zone du canal de Sicile, très énergétique, à l'aide de simulations numériques jumelles à haute résolution avec et sans marées, et la zone du front nord des Baléares, modérément énergétique, avec des mesures in-situ collectées lors de la campagne BioSWOT-Med 2023. Dans la région du canal de Sicile, les ondes diurnes-inertielles générées par une forte brise thermique côtière sont piégées dans des tourbillons anticycloniques ayant une fréquence inertielle effective diurne. Leur propagation en profondeur vers la base du tourbillon induit un cisaillement accru qui peut générer une forte turbulence. Cette interaction est mise en évidence pour la première fois. La présence de marées modifie le champ de vorticité en générant des structures plus petites. L'effet des marées sur les flux d'énergie cinétique à plusieurs échelles est également étudié. Ce travail fournit la première vue d'ensemble de la dynamique des ondes internes dans la région du canal de Sicile. Dans la zone du front nord des Baléares, les interactions des ondes proche-inertielles avec des structures modérément énergétiques de fines échelles sont étudiées à partir de mesures in-situ avec l'aide de la nouvelle mission satellitaire SWOT. Il est démontré que les structures à fine échelle modérément énergétiques sont aussi importantes que les grandes structures pour moduler la turbulence dans l'océan. En particulier, de fortes ondes proche-inertielles sont piégées dans un intense tourbillon anticyclonique bien observé par SWOT. Leur propagation en profondeur a fortement augmenté le taux de dissipation sous la couche mélangée et a généré un intense flux vertical d'énergie, 1 à 3 fois plus important que les estimations précédentes dans des grands tourbillons anticycloniques. Ce travail ouvre la voie à des analyses plus approfondies de l'impact des interactions entre les ondes internes et la mesoéchelle sur les flux d'énergie cinétique dans des simulations jumelles avec et sans marée. Il ouvre également de nouvelles perspectives pour étudier l'impact des interactions entre les ondes proches-inertielles et les fines échelles sur la turbulence en utilisant une grande variété de données in situ.