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Modélisation du pont de glace et des processus océaniques à méso-échelle dans la polynie des Eaux du Nord.

Dumont, Danny (2010). Modélisation du pont de glace et des processus océaniques à méso-échelle dans la polynie des Eaux du Nord. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 210 p.

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Résumé

Un modèle numérique de circulation océanique couplé à un modèle dynamique- thermodynamique de glace de mer est développé et utilisé pour étudier certains processus physiques de méso-échelle importants pour la formation et le maintien de la polynie des Eaux du Nord et de son écosystème. En première partie, on s'intéresse aux aspects dynamiques de la formation et du maintien du pont de glace dans des conditions idéalisées et réalistes. Une étude de sensibilité de la stabilité du pont de glace en fonction des principaux paramètres dynamiques révèle le caractère fondamental de la cohésion dans la formation du pont de glace à l'entrée du détroit de Nares. Pour une contrainte de vent donnée, il existe une valeur de cohésion critique au-delà de laquelle un pont de glace stable ne peut se former. Le profil et la position de l'arche sont adéquatement simulés et la solution est invariante en fonction de l'orientation de la grille sphérique et de la rugosité des frontières. La position et la forme du pont de glace sont également simulées conformément aux observations dans des conditions réalistes. Par contre, en l'absence de données d'épaisseurs fiables et suffisantes et considérant la grande importance de l'historique des forçages dynamiques et thermodynamiques sur les conditions de glace, il est difficile d'identifier une valeur ou un intervalle optimal pour e, le paramètre qui contrôle la cohésion. Les résultats suggèrent toutefois qu'un échantillonnage judicieusement choisi de l'épaisseur, par exemple le long d'un transect perpendiculaire au chenal, permettrait de comparer directement le modèle aux observations et ainsi, potentiellement, de raffiner la paramétrisation du modèle. En deuxième partie, on s'intéresse à la réponse océanique de la polynie au vent et à la présence d'un pont de glace, c'est-à-dire à une discontinuité spatiale du couvert de glace. La circulation générale dans le domaine est mise en branle en premier lieu par les conditions aux frontières ouvertes. Un transport net de 0.54 Sv vers le sud, de l'Arctique vers la Baie de Baffin, est forcé par la différence du niveau d'eau moyen entre les frontières nord et sud du modèle. Cette valeur est contenue dans l'intervalle des estimations que l'on retrouve dans la littérature. Le courant du Groenland ouest (CGO), qui transporte l'eau de la Baie de Baffin vers le nord en longeant la côte, est forcé quant à lui par un gradient transversal de niveau d'eau. Une analyse de l'effet du vent sur la circulation générale révèle que le CGO et le courant de Baffin vers le sud sont anti- corrélés dans la région du détroit de Smith, à la hauteur des îles Carey, et que les épisodes de vent du nord amplifient le CGO vers le nord. On rapporte également quelques épisodes où le CGO pénètre jusque dans le bassin Kane, confirmant ainsi quelques observations historiques d'eau de la Baie de Baffin à cet endroit. La présence du pont de glace n'affecte que très peu le patron général de circulation horizontale. Cependant, il a une influence remarquable sur la circulation verticale, le champ de densité et la circulation barocline induite. En effet, conformément à la théorie, un vent soufflant parallèlement à la limite de la banquise statique produit une divergence du transport d'Ekman et génère une élévation ou un abaissement de la pycnocline, de la même manière que l'analogue côtier. Selon la forme du pont de glace, l'étendue de la zone de remontée peut être doublée. Avec le pont de glace simulé, très similaire au pont de glace observé en 1998, le courant jet associé aux perturbations du champ de densité adopte une configuration tourbillonnaire cyclonique centrée sur le pont de glace qui persiste aussi longtemps que le vent maintien son cap et son amplitude. Les conditions océanographiques de la polynie qui prévalent durant ce temps de l'année (polynie ouverte, remontée d'eau riches en nutriments, mélange par le vent, circulation) favorisent toutes la floraison du phytoplancton, ce qui explique, en partie du moins, la grande productivité de la polynie des Eaux du Nord. En troisième partie, l'influence des marées sur la structure de la colonne d'eau est étudiée. La stratégie employée consiste à comparer les résultats obtenus dans la deuxième partie, en l'absence de marée, et de simuler ensuite l'influence de la marée selon deux approches différentes. La première consiste à ajouter au profil de diffusivité une contribution venant de la friction de la marée barotrope avec le fond à partir d'un champ d'amplitude du courant de marée issue d'un modèle inverse à haute résolution. La paramétrisation de Munk-Anderson utilisée ici ne considère pas la friction sous la glace. La deuxième approche consiste à forcer explicitement la marée barotrope en spécifiant un signal harmonique à la frontière du modèle. Les résultats montrent et confirment que la marée joue un rôle secondaire dans la formation et le maintien de la polynie ainsi que dans le renouvellement des nutriments en surface. Cependant, les courants de marées et les flux de chaleur associés au mélange accru peuvent compromettre la stabilité du pont de glace et encourager sa rupture par ablation de la glace et en ajoutant une composante supplémentaire au champ des contraintes. Finalement, certaines zones sont identifiées comme étant propices à la génération d'ondes internes.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Gratton, Yves
Co-directeurs de mémoire/thèse: Arbetter, Todd E.
Mots-clés libres: pont de glace; processus océaniques; méso-échelle; polynie; thermodynamique; 3D; Eaux du Nord modèle numérique régional
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 03 oct. 2013 15:38
Dernière modification: 17 nov. 2015 20:55
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1509

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