L’équilibre énergétique de l'océan traduit des échanges d'énergie entre les termes sources aux échelles planétaires et la dissipation aux micro-échelles. Cette cascade d'énergie, cruciale dans la compréhension du systéme océanique, demande à être mieux comprise et quantifiée. La plus grande part de l’énergie dans l’océan est associée à la dynamique mésoéchelle. Les échelles spatiales correspondantes sont aussi celles des marées internes et dans les régimes océaniques où l’énergie des ondes internes est suffisamment forte celles-ci représentent un transfert d’énergie majeur vers les échelles dissipatives. La nouvelle mission satellite SWOT (Surface Water Ocean Topography) permettra d’observer globalement pour la première fois ces processus de fines échelles. Une motivation de cette thèse est l’observabilité du niveau de la mer SWOT avec le challenge de comprendre la part respective de la dynamique méso et sous-mésoéchelle et des ondes internes. La région d’étude se situe autour de la Nouvelle Calédonie dans le Pacifique sud-ouest et plus particulièrement dans la région sud survolée par une fauchée SWOT lors de la phase de cal-val du satellite caractérisée par une orbite à 1 jour. La thèse s’appuie sur une simulation régionale dédiée à haute résolution (1/60°) forcée ou pas par la marée barotrope en plus des forçages « classiques ». Pour la première fois la dynamique des marées internes autour de la Nouvelle-Calédonie est décrite. Cette région s’avère être un hot spot de génération de marées internes associé aux principales structures bathymétriques,. La marée interne est principalement semi diurne. Elle se caractérise par un premier mode barocline très important et une forte signature dans la SSH (>6cm). Cette énergie de marée interne se propage dans l’océan ouvert à partir de deux zones localisées au nord et au sud de la Nouvelle Calédonie malgré des taux de dissipation d’énergie élevés à proximité des zones de génération. Cette propagation est majoritairement associée à de la marée interne cohérente mais l’activité méso-échelle s’avère être une source potentielle de perte de cohérence de la marée interne (marée incohérente). Cette marée interne incohérente est associée aux interactions avec les tourbillons océaniques soit par la réfraction de la propagation de l’énergie du faisceau de marée par les courants à méso-échelle lors de la propagation de l’énergie de marée, soit par les variations de la conversion de l’énergie barotrope en énergie barocline dues aux changements de stratification induits par les tourbillons à méso-échelle. Des observations in situ obtenues par des planeurs sous-marins autonomes révèlent le réalisme du modèle numérique quant à la simulation des marées internes tout en s’avérant être une plateforme in-situ appropriée pour documenter les marées internes, y compris leur signature de la SSH. Dans les régions de forte marée interne, celle-ci domine la variance de la SSH pour des longueurs d’onde jusqu’à 200 km correspondant. Une attention particulière est accordée à la marée incohérente, qui se manifeste dans la SSH à des échelles inférieures à 100 km. Cette thèse initie également l’étude de l’impact des marées internes sur la circulation à méso-échelle et sous-méso-échelle, avec des voies prometteuses pour les travaux futurs sur les échanges d’énergie entre les échelles et la fermeture du bilan énergétique océanique. Ces travaux participeront à la valorisation des données SWOT dans le cadre de SWOT-AdAC avec la campagne SWOTALIS. Enfin, ils sont une première initiative dans l’implication des marées internes en lien avec l’écosystème marin de la Nouvelle-Calédonie associée à un objectif de mise en place d’aires marines protégées au sein du parc naturel de la mer de Corail. |
The oceanic energy cascade and the associated redistribution of energy from planetary scales to microscales are crucial to achieve climate equilibrium, yet they remain to be fully understood and quantified. Among the submesoscale flow regime which is characterized by equal contributions from rotational (balanced) and non-rotational (unbalanced) effects, it is internal tides (internal gravity waves at tidal frequency) which have been shown to represent a major energy transfer toward dissipative scales. The Surface Water Ocean Topography (SWOT) satellite mission will push forward global sea surface height (SSH) observations of fine-scale physics of combined balanced and unbalanced motions, and their interactions. Our understanding of these processes will ultimately depend on our ability to disentangle these two different dynamical flow regimes. This thesis aims to tackle SWOT SSH observability of balanced and unbalanced motions around New Caledonia, an area with pronounced internal tide activity alongside elevated level of mesoscale to submescale eddy variability located beneath two swaths of SWOT's fast-sampling phase during which SWOT orbited on a 1-day repeat cycle to collect high-frequency measurements. As an initial step, this thesis provides the first comprehensive description of internal-tide dynamics around New Caledonia, an internal generation hot spot in the southwestern tropical Pacific that has not yet been explored in the literature, based on a tailored regional high-resolution (1/60°) numerical modeling effort. Internal tide generation around New Caledonia is associated with the main bathymetric structures, i.e. continental slope, shelf breaks, small- and large-scale ridges, and seamounts, strongly dominated by the semidiurnal tide and low-vertical modes, with a strong signature in SSH. It is found to be a major source of tidal energy propagation toward the open ocean despite enhanced energy dissipation rates close to the generation sites. Mesoscale eddy variability is shown to be a potential source for the loss of tidal coherence (or tidal incoherence) due to eddy-internal tide interactions, either through the refraction of tidal beam energy propagation by mesoscale currents toward the open ocean or by mesoscale-eddy induced variations of barotropic-to-baroclinic energy conversion. Important insight is provided by in-situ observations of autonomous underwater gliders. They reveal the numerical model's realism of internal-tide dynamics while proving to be a suitable in-situ platform to infer internal tides, including SSH signature. SWOT SSH observability of balanced and unbalanced motions represent a challenge around New Caledonia as the internal tide dominates SSH variance at wavelengths similar to those of balanced motion at scales less than 200~km wavelength. Particular emphasis is given to the incoherent tide, which manifests in SSH at scales less than 100~km, while restricting the observability of mesoscale and submesoscale motions. An outlook is given on the impact of internal tides on the mesoscale to submesoscale circulation with promising routes for future work on cross-scale energy exchanges and the closure of the oceanic energy budget. Finally, the comprehensive description of internal-tide dynamics conducted in this thesis has important implications for the New Caledonia marine ecosystem, with the hope of paving the way for the island's efforts in the conservation of marine protected areas. |