FIGURE5.12 – trajectoires des anticyclones cohérents détec- tés et suivis sur une période de plus de 1 mois possédant un coeur de nWMDW formés durant l’épisode de convection 08/09 (rouge) et 09/10 (bleu). Le rond représente la localisa- tion initiale du SCV lors de sa formation et l’étoile représente sa localisation lors de sa destruction.
Un total de 4 tourbillons anticyclo- niques de submésoéchelle possédant un coeur de nWMDW a été détecté et suivi sur des périodes de plus de 1 mois pendant la durée de la simulation : 1 créé pendant l’épisode de convection de l’hiver 2008-2009 et 3 pendant celle de 2009-2010. Leur temps de vie est parti- culièrement long (en moyenne 270 jours (tab.5.2)), leur trajectoire est représen- tée sur la figure 5.12. Ces tourbillons sont advectés par les courants moyens à une vitesse de l’ordre de 3cm/s. En 2009, ils ne s’éloignent pas plus de 150km de leur lieu de formation et en 2010, leur propagation vers le sud est endiguée par la frontière du domaine de calcul. Le rayon moyen de ces struc- tures est de l’ordre de la submésoé- chelle du bassin (~7.25km) et la vitesse orbitale moyenne vaut 8.60cm/s. Elles présentent une forme lenticulaire forte- ment barocline avec un maximum de vi- tesse dans la colonne d’eau. Elles cor-
respondent typiquement aux SCVs anticycloniques introduits parMcWilliams[1985]. Leurs ca- ractéristiques moyennes sont résumées dans le tableau5.2. Afin de décrire plus en détails les propriétés de telles structures dans le bassin Méditerranéen Nord-Occidentale, nous nous focali- serons sur celle formée le 19 février 2009 et notée A sur la figure5.7. Sa trajectoire est celle re- présentée en rouge sur la figure5.12. Elle est confinée dans le bassin Nord-Occidental puisqu’un plus gros anticyclone possédant une structure plus barotrope localisée à l’est des iles Baléares empêche le SCV A de dériver vers le sud. Ce tourbillon de mésoéchelle (R ~15km) ne se meut presque pas, ainsi il peut être visualisé par la signature de son champ de vitesse moyenné sur
deux années de simulation (fig.5.4). La suite de la section sera consacrée au SCV anticyclonique A.
FIGURE5.13 – Transects zonaux et méridionaux traversant l’anticyclone A moyennés sur sa durée de vie : (A) température potentielle, (B) salinité, (C) vitesse orbitale avec les contours de densité potentielle et (D) la vorticité potentielle avec les contours de vitesse orbitale.
Pour décrire ses propriétés, les transects ouest-est et sud-nord traversant son coeur sur chaque sortie journalière de la simulation ont été moyennés entre eux et sur le temps de vie du tourbillon (fig.5.13). Le SCV A possède un rayon moyen de 6.5km, une hauteur de 2150m et un coeur localisé à 1450m de profondeur. Son centre est défini par la profondeur à laquelle une isopycne ne subit aucun déplacement en le traversant. En revanche, une isopycne située au des- sus (respectivement en dessous) subit un déplacement vers le haut (respectivement vers le bas) au contact du SCV. Cette structure lui confère un aspect lenticulaire typique ainsi qu’un coeur faiblement stratifié indiquant une masse d’eau homogène. En l’absence de forçage et de dissi- pation, la vorticité potentielle d’Ertel définie par−−→grad(ρ).(f.−→z +−→ζ )est une variable lagrangienne conservative (Ertel and Rossby[1949]). On peut constater que le coeur du SCV A possède un mi- nimum de vorticité potentielle, ce qui confirme son origine convective. Sa température potentielle est égale ~12.88°C et sa salinité à ~38.46 ‰ soit plus chaud (+ 0.05°C) et plus salé (+ 0.012 ‰) que les eaux environnantes à la même profondeur. Cette anomalie de θ-S est clairement visible au moment de la formation (fig.5.7-3). Elle correspond à une nWMDW produite par le mélange vertical durant l’hiver simulé à un moment et endroit où la couche de mélange n’a pas atteint le fond de l’océan. La couche de LIW est cependant totalement mélangée, ce qui confère au SCV anticyclonique A cette anomalie positive de θ-S à la profondeur de son coeur. On notera qu’elle est encore plus marquée à des profondeurs plus importantes (+ 0.08°C et + 0.016 ‰ au fond).
D’un point de vue dynamique, la structure barocline du tourbillon est remarquable et présente un maximum de vitesse Vmax égal à 6.9cm/s localisé au niveau de son coeur. La circulation
tourbillonnaire induit une forte vorticité relative suivant la verticale et donc un nombre de Rossby associé au SCV important (Ro = ζ/f). En moyenne sur sa durée de vie, il équivaut à -0.23 ; ce
qui est relativement proche de l’unité. Un Ro si élevé implique que le SCV n’est pas totalement
en équilibre géostrophique. La force centrifuge joue un rôle significatif en diminuant la force de Coriolis d’environ 10% pour contrebalancer la force induite par le champ de pression et établir l’équilibre dynamique de la structure. En d’autres termes, la vitesse géostrophique associée au tourbillon anticyclonique sous-estime d’environ 10% sa vitesse réelle. Des résultats similaires ont été mis en évidence parPenven et al.[2014] pour des structures tourbillonnaires dans le canal du Mozambique. Le champ de vitesse du SCV A près de son centre est bien reproduit par le modèle de Rayleigh (McWilliams[1985]) qui est associé à une anomalie localisée du géopotentiel. La vitesse vérifie alors l’équilibre entre la force de pression, la force de Coriolis et la force centrifuge. Des écarts plus importants apparaissent entre le modèle de Rayleigh et le SCV A en s’éloignant du centre (au delà du rayon). Ils sont possiblement dus à l’importance de la force centrifuge dans de telles structures.
FIGURE5.14 – Diagrammes de hovmöller de la moyenne des transects zonaux et méridionaux traversant le coeur de l’an- ticyclone A à 1500m de profondeur : (a) température poten- tielle et (b) vitesse orbitale. La localisation du maximum et du minimum de vitesse orbitale est superposée (lignes noires).
Un aspect crucial des SCVs est leur temps de vie qui se révèle être particu- lièrement long, impliquant de lents pro- cessus de diffusion des caractéristiques du coeur. Cela fait de ces structures des élèments très éfficaces pour le trans- port de traceurs physiques et biogéochi- miques dans le temps et dans l’espace. La figure5.14montre la lente évolution du coeur du SCV A. Il ne perd seule- ment que 0.02°C et 0.008‰ durant son temps de vie de 339 jours. Si son rayon reste stable (~6.5km), sa vitesse orbi- tale décroit en revanche au cours du temps d’environ 1cm/s par mois. Cette décroissance, probablement causée par le frottement visqueux, implique une di- minution du nombre de Rossby du tour- billon (de 0.4 au moment de sa forma- tion à 0.1 en octobre 2009) le rendant de moins en moins résitant aux perturba- tions extérieures. Pendant une longue partie de son existence, ce tourbillon de subsurface ne possède pas de signa- ture en surface. Cependant 5 mois après sa formation, un courant apparait dans la couche surfa- cique et induit une augmentation du niveau de la mer (jusqu’à +7cm). Ce courant est visible sur la coupe de la vitesse orbitale moyenne du SCV (fig.5.13-C). La barotropisation de la structure peut être causée par une interaction avec la bathymétrie au fond (transport d’Ekman), une diffusion verticale de ces propriétés ou une interaction avec un tourbillon de surface.
On peut noter une diminution drastique du rayon du SCV A à la fin du mois d’octobre : de 6.5km à 4km (fig.5.14). Cet évènement est dû à l’interaction du SCV avec un tourbillon anticy- clonique de mésoéchelle (mentionné précédemment) caractérisé par une vorticité relative com- parable (ζ = 0.32f ). McWilliams [1985] suggère qu’un SCV survit à une interaction avec une perturbation extérieure si, à échelle similaire, sa vorticité domine celle de la perturbation. Le nombre de Rossby reflète donc la capacité d’un SCV à survivre dans l’océan. Or, nous avons vu que la vorticité du SCV diminue au cours de sa vie. Il devient de moins en moins résistant vis à vis des perturbations externes. A la fin du mois d’octobre 2009, son nombre de Rossby est trop faible (Ro = 0.15) et l’interaction avec l’anticyclone de mésoéchelle lui cause alors une
sérieuse altération de sa structure. Il survit cependant en diminuant son rayon et en réajustant ainsi son nombre de Rossby sur une valeur plus élevée (Ro = 0.23). Finallement, il est détruit 2
mois et demi plus tard (environ 11 mois après sa formation) quand les courants horizontaux dans son environnement gagnent en intensité. En effet, l’épisode convectif de l’hiver 2009-2010 fournit beaucoup d’énergie produisant des contraintes importantes sur le SCV A.
temps Rayon Vitesse H Aspect Distance Nombre de Volume de vie (km) orbitale (m) Ratio parcourue Rossby (km3)
(jours) (cm/s) (h/R) (km) (ζ/f )
Moyenne 270 7.25 8.6 1680 0.23 1000 −0.26 1.57 ∗ 102
Ecart-type 104 0.65 2.9 420 0.07 370 0.08 0.45 ∗ 102
TABLE5.2 – Tableau résumant les caractéristiques moyennes des SCVs anticycloniques possédant un coeur de nWMDW détectés et suivis.
La structure du tourbillon A est similaire à celle des tourbillons observés et suivis en Mé- diterranée Nord-Occidentale parTestor and Gascard[2003] etTestor and Gascard [2006]. Elle est également comparable à celle du SCV observé lors du passage d’un glider en mer Ligure (5.3-d,e,f) (Bosse et al.[2014]).
A la fin de l’épisode de convection 2008-2009, au moins 4 SCVs anticycloniques additionnels comparables au SCV A peuvent être identifiés (5.7-4D, 4E). Cependant, aucun d’entre eux n’est suivi par l’algorithme de détection sur une période supérieure à un mois. Ils sont tous rapidement détruits par les interactions avec les nombreuses et énergétiques structures dynamiques pré- sentes dans la zone de convection au début de la phase de restratification. L’étude de l’hiver de convection 2009-2010 présente des résultats similaires : au moins 4 SCVs anticycloniques addi- tionnels et similaires hydrologiquement et dynamiquement aux 3 détectés sur une longue période de temps peuvent être identifiés. Ancun d’entre eux ne reste cohérent sur une période supérieure à un mois.