Radiative transfer modelling in the Black Sea : a stochastic approach coupled with a physical-biogeochemical model

La modélisation de la biogéochimie marine a la tâche difficile de représenter des processus biologiques complexes. Les modèles doivent être calibrés et validés à l’aide de mesures de plus en plus nombreuses, notamment grâce aux produits satellitaires qui offrent une couverture spatiale étendue. Toutefois, la réflectance de surface mesurée par satellite ne peut généralement pas être directement comparée aux variables biogéochimiques, ce qui conduit à l’utilisation d’algorithmes d’inversion introduisant des incertitudes supplémentaires. Cet écart entre les modèles de biogéochimie marine et les observations satellitaires peut être comblé par la simulation du transfert radiatif au sein des modèles.Dans cette thèse, nous proposons le couplage d’un module de transfert radiatif avec NEMO-BAMHBI, un modèle couplé physique-biogéochimique utilisé en mer Noire. Ce module simule le transfert radiatif selon un schéma à trois flux tenant compte des propriétés d’absorption et de diffusion de l’eau. En particulier, la simulation du flux ascendant permet de calculer la réflectance de surface, fournie par les produits satellitaires. Le module peut être utilisé comme opérateur d'observation (couplage one-way) ou couplé en two-way, en utilisant les irradiances simulées pour calculer la température et la production primaire dans NEMO-BAMHBI. Nous étudions également les incertitudes liées à ce couplage à l'aide d'une version stochastique du module de transfert radiatif. Le module reposant sur les propriétés optiques de l’eau, des particules non algales, du phytoplancton et de la CDOM, des perturbations sont introduites dans la représentation de leurs propriétés optiques afin de quantifier l’influence de leurs incertitudes sur les variables simulées.Les résultats montrent que le module de transfert radiatif simule des champs d’irradiance et de réflectance cohérents avec les observations dans la plupart des conditions. Le modèle stochastique génère des distributions de réflectance fidèles à celles observées, notamment hors périodes de bloom. En période de bloom, l’introduction de perturbations permet de générer une dispersion proche de celle des observations, bien que des biais persistent. La CDOM est la source d'incertitude la plus importante parmi les composants optiquement actifs simulés, suivie par le phytoplancton et les particules non algales, selon la saisonnalité des blooms. Enfin, en couplage two-way, les perturbations influencent de façon significative la simulation des variables biogéochimiques, mais ont un impact plus limité sur la simulation de la température.