Soumaïa Tajouri

Soumaïa TAJOURI

Encadrants : Florian Sévellec (Directeur de Recherche CNRS, LOPS, Université de Bretagne Occidentale) et William Llovel (Chargé de recherche CNRS, LOPS, Université de Bretagne Occidentale)

Financement : CNES (50%) et Université de Bretagne Occidentale (50%)

Date de thèse : du 01/11/2021 au 05/12/2024

Titre : Impact de la variabilité temporelle des flux d'eau douce du Groenland et des fleuves sur la variabilité du niveau de la mer à l'échelle régionale au cours de la période 1980-2018

Résumé : Les observations du niveau de mer depuis l’espace ces trois dernières décennies ont montré que le changement climatique impacte la variabilité du niveau de la mer au niveau régional. Étudier les variations régionales du niveau de la mer est d'un intérêt majeur pour les sociétés humaines car cela permet de mieux comprendre comment le niveau de la mer change et pourquoi, et donc de mieux s’y adapter.

Le niveau de la mer régional varie sur différentes échelles de temps et d'espace sous l’influence des forçages externes (terrestres et atmosphériques) et internes à l’océan. L’objectif de cette thèse a été d’étudier l’impact de l’un de ces facteurs externes, l’apport d’eau douce continentale en provenance des rivières et de la calotte Groenlandaise. Plus précisément, je me suis intéressée à l’effet des fluctuations temporelles de ces apports d’eau douce sur la variabilité temporelle du niveau de la mer régional.

Pour cela, j’ai utilisé des simulations de sensibilité du modèle de circulation générale océanique NEMO (Nucleus for European Modelling of the Ocean) en configuration globale forcée sur la période 1980-2018. Pour le forçage d’eau douce continentale, ces simulations sont forcées à partir des jeux de données de Decharme et al., (2019) pour les rivières et de Mouginot et al., (2019) pour le Groenland. Le paramètre variable entre les trois simulations de sensibilité est la variabilité temporelle des apports d’eau douce continentaux : pour la première simulation les apports fluviaux et groenlandais sont un cycle annuel qui se répète chaque année (appelé forçage climatologique), pour la deuxième simulation le Groenland est climatologique et les rivières sont variables, et pour la troisième simulation les rivières et le Groenland sont variables. Les différences deux à deux entre les simulations nous informent sur l’impact isolé de la variabilité du Groenland et des rivières ainsi que sur leur impact combiné (lorsque tous les deux sont variables) sur la variabilité du niveau de la mer.

Mon premier objectif a été d'étudier l’impact des variations temporelles des apports fluviaux et Groenlandais sur les tendances du niveau de la mer de la Gyre de Beaufort située dans l’Océan Arctique au nord du Canada sur la période 2005-2018. En effet, les mesures altimétriques ont montré que la Gyre de Beaufort a vu son niveau de la mer augmenter à des vitesses pouvant aller jusqu’à 15 mm/an durant les dernières décennies (Rose et al., 2019). Ma thèse a permis de mettre en évidence que les tendances du niveau de la mer de la région de la Gyre de Beaufort sont particulièrement sensibles à la variabilité du forçage d’eau douce tant des rivières que du Groenland (cf figure). Ce forçage influence le contenu d’eau douce de la gyre de Beaufort via des modifications de l’advection de salinité impliquant des modifications des champs de salinité et de vitesses, ainsi que des processus non linéaires. Ainsi, la fonte du Groenland peut potentiellement impacter le niveau de la mer stérique (et non uniquement de façon barystatique) dans des régions éloignées. De plus, cette étude nous a permis de montrer des effets compensatoires entre la variabilité des rivières et du Groenland sur le niveau de la mer, ce qui parle en faveur d’une implémentation conjointe de la variabilité de ces deux
sources dans les modèles.

Cependant, la variabilité du niveau de la mer n’est pas uniquement déterminée par les forçages – atmosphériques et terrestres – appliqués à l’océan (appelée variabilité forcée). Il existe aussi une variabilité du niveau de la mer qui émerge spontanément dans le système océan-glace de mer (appelée variabilité interne). Pour compléter notre compréhension de l’impact de la variabilité temporelle des apports des rivières et du Groenland sur la variabilité du niveau de la mer, mon deuxième objectif a été d’étudier la sensibilité de ces deux sources de variabilité (interne et forcée) du niveau de la mer à la variabilité temporelle des apports des rivières et du Groenland aux échelles de temps interannuelles sur la période 1980-2018. Pour répondre à ce deuxième objectif, l’approche de sensibilité utilisée précédemment a été combinée à une approche ensembliste (en réalisant 10 fois chacune des trois simulations précédentes). A l’aide d’un nouveau diagnostic permettant de séparer rigoureusement dans les ensembles la variabilité forcée de celle interne, cette deuxième étude a permis de mettre en évidence une sensibilité de la variabilité forcée du niveau de la mer interannuel aux fluctuations des flux fluviaux dans l’océan Atlantique tropical sud et dans les mers du continent maritime. Cette réponse forcée est principalement liée à des changements de la salinité. De plus, nous avons montré que la variabilité interne du niveau de la mer interannuel dans la région du courant de Kuroshio est sensible aux fluctuations des flux d'eau douce des rivières et du Groenland démontrant ainsi la présence d’un transfert de variance du réservoir de variance forcé au réservoir de variance interne ainsi que la sensibilité de ce transfert de variance aux flux d’eau douce continentaux.

Références :

Decharme, B., Delire, C., Minvielle, M., Colin, J., Vergnes, J.-P., Alias, A., Saint-Martin, D., Séférian, R., Sénési, S., & Voldoire, A., (2019), Recent Changes in the ISBA-CTRIP Land Surface System for Use in the CNRM-CM6 Climate Model and in Global Off-Line Hydrological Applications, Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11 5, 1207-1252, https://doi.org/https://doi.org/10.1029/2018MS001545

Mouginot, J., Rignot, E., Bjørk, A. A., van den Broeke, M., Millan, R., Morlighem, M., Noël, B., Scheuchl, B., & Wood, M., (2019), Forty-six years of Greenland Ice Sheet mass balance from 1972 to 2018, Proceedings of the National Academy of Sciences, 116 19, 9239-9244, https://doi.org/10.1073/pnas.1904242116

Rose, S. K., Andersen, O. B., Passaro, M., Ludwigsen, C. A., & Schwatke, C.,c(2019), Arctic Ocean Sea Level Record from the Complete Radar Altimetry Era : 1991–2018, Remote Sensing, 11 14, 1672, https://doi.org/10.3390/rs11141672