Dispersion de Traceurs Dans L'océan Global

**Dispersion de traceurs dans l'océan global // Tracer dispersion in the global ocean**:

- Réf **ABG-128697**
**ADUM-60982**
- Sujet de Thèse
- 18/02/2025
- Sorbonne Université SIM (Sciences, Ingénierie, Médecine)
- Lieu de travail- Palaiseau Cedex - France
- Intitulé du sujet- Dispersion de traceurs dans l'océan global // Tracer dispersion in the global ocean
- Champs scientifiques- Terre, univers, espace
- Mots clés- transport et mélange, turbulence océanique
transport and mixing, ocean turbulence

**Description du sujet**:

- Les tourbillons océaniques à mésoéchelle (O(100) km) contiennent la plus grande partie de l'énergie cinétique dans l'océan. La sous-mésoéchelle (échelles inférieures à O(10) km), en revanche, se manifeste par des tourbillons plus petits et plus rapides, ainsi que des filaments et des fronts (par ex. de température) et est importante à la fois par les transports verticaux intenses de traceurs qu'elle induit que par son rôle dans les transferts d'énergie entre échelles [Lapeyre & Klein, 2009]. L'observation des caractéristiques fines de l'océan de surface à l'échelle planétaire est désormais possible grâce au satellite SWOT qui mesure la hauteur de la mer (SSH) avec une résolution effective inégalée de 6km [Fu et al. 2024]. L'innovation apportée par cet instrument suggère la possibilité d'une vision globale des propriétés de transport de traceurs à fine échelle dans l'océan. Cela soulève néanmoins de nouveaux défis scientifiques en relation avec l'interprétation de ces données. En effet, la SSH ne fournit qu'une estimation des courants eulériens à travers l'équilibre géostrophique, équilibre pas forcément valide à fine échelle. De plus, les vitesses géostrophiques sont non-divergentes par construction et ne permettent donc pas de détecter et quantifier l'accumulation de matériaux particulaires (tels les polluants ou des débris plastiques) à la surface de l'océan.
Les approches lagrangiennes pour aborder ces questions sont complémentaires car elles intègrent le signal dans le temps le long des trajectoires des particules fluides. En particulier, on peut tester l'accord entre les régimes de dispersion de flotteurs observés et les prédictions issues de la théorie de la turbulence quasi-géostrophique à mésoéchelle [Foussard et al. 2017, Maalouly et al. 2023]. Les écarts à ces prédictions vont alors fournir des informations sur l'interaction entre les processus rapides non-géostrophiques (type ondes internes), non résolus par le satellite, et les processus géostrophiques plus lents.
Cette thèse, qui s'inscrit dans un projet plus large associé à SWOT, a pour but d'étudier l'effet des mouvements non-géostrophiques sur les propriétés de dispersion de traceurs à l'échelle globale. A partir d'une simulation numérique réaliste de dernière génération (LC4320 JPL/NASA) et au moyen d'outils statistiques lagrangiens provenant des théories de la turbulence dans des fluides, on déterminera la variabilité géographique et saisonnière du transport et de la dispersion à la surface de l'océan. On examinera l'impact des mouvements non-géostrophiques à travers différentes techniques de filtrage des champs de vitesses advectant les traceurs. Une attention particulière sera portée au phénomène d'agglomération de particules induit par ces mouvements, récemment mis en évidence par des bouées de surface [D'Asaro et al., 2018], mais dont les mécanismes ne sont pas encore complètement compris. Pour ce faire, on s'appuiera sur une méthodologie lagrangienne que nous venons de développer [Maalouly et al. 2024] et sur des développements théoriques récents concernant les statistiques eulériennes des gradients de vitesse en turbulence compressible que l'on essaiera d'étendre au cadre lagrangien. Cette approche devrait permettre de mieux comprendre les mécanismes physiques contrôlant les processus d'agglomération de particules. L'objectif final est d'évaluer le degré de précision (en termes d'échelles spatiales) avec lequel les vitesses fournies par SWOT représentent les vitesses réelles à la surface de l'océan, ainsi que leurs propriétés turbulentes. Un développement possible de ce travail serait d'appliquer les résultats obtenus aux données SWOT en lien avec les données de bouées dérivantes.

Ocean mesoscale motions (scales of the order O(100) km) correspond to vortices with weekly time scales and contain most of the ocean kinetic energy. Submesoscale flows (scales below O(10) km), on the other hand, correspond to smaller and faster eddies, filaments and fronts (e.g. of temperature), which are important both for the intense vertical transport of tracers they induce and for their role in the energy transfers across scales [Lapeyre & Klein 2009]. Observing fine features of surface-ocean flows at the planetary scale has now become possible thanks to the satellite SWOT, which provides sea surface height (SSH) data at an unprecedented effective resolution of 6 km [Fu et al. 2024]. The innovation brought by this instrument s