L’altimétrie spatiale a révélé une hausse globale du niveau marin (sea level, SL) de ~3.4 mm an-1 au cours des trois dernières décennies sous l’effet de deux processus principaux : l’apport de masse issue de la fonte des glaces continentales et l’expansion thermique de l’eau de mer (effet thermostérique). Au niveau régional toutefois, il existe de grandes différences par rapport à la moyenne mondiale, surtout liées à une distribution hétérogènes de contenu thermique et de salinité, ainsi qu’à des spécificités dynamiques locales. Dans le Golfe du Mexique (GoM), zone fortement peuplée et abritant de multiples activités humaines, les études sur les tendances du SL se sont focalisées sur les zones côtières, s’appuyant sur les données des marégraphes installés le long des côtes américaines. L’influence de la dynamique océanique sur les tendances du SL dans la région reste ainsi à étudier. Le Loop Current (LC), qui fait partie du système de courants de bord ouest de l’Atlantique nord, est la principale caractéristique dynamique du GoM. À intervalles irréguliers, il éjecte de grand tourbillons anticycloniques (<400 km) appelés Loop Current Eddies (LCE), dont on estime qu’ils jouent un rôle central dans la régulation des propriétés physiques du bassin. Or, des études de modélisation récentes suggèrent que le LC pourrait fortement ralentir au cours du 21e siècle, avec le risque d’altérer les-dites propriétés et les tendances à long terme du SL régional. Cette thèse étudie ainsi les variations à long terme du SL dans le GoM pour la période 1993-2021 et leurs causes possibles en utilisant l’altimétrie spatiale, les mesures Argo et trois ensembles de simulations numériques issues d’une configuration au 1/12° du modèle NEMO. Nos analyses montrent une baisse de ~11% de la vitesse de surface du LC depuis 1993, ainsi qu’une tendance à la hausse du SL 44% plus élevée dans le GoM que dans l’océan global. 1u cours de la période 2010-2020, cette tendance s’accélère même nettement alors que les données Argo pointent un réchauffement moyen culminant à 1.1°C dans la couche 0-500 m du GoM, cause d’un effet thermostérique significatif. Aussi, afin d’évaluer si les variations du LC telles qu’une diminution de son transport pourraient influer sur les tendances à long terme du SL dans le GoM, nous avons mené des expériences numériques sur la sensibilité du SL régional aux tendances du transport du LC. Dans ces simulations, le courant prescrit aux limites latérales du domaine est modulé pour varier de +20% à -20% de son niveau réel sur la période 1993-2021. Nos résultats montrent une réponse linéaire du SL moyen dans la zone offshore ouest du GoM à mesure que le transport baisse, avec un tendance de 7.4 mm de hausse par Sverdrup de transport perdu, alors que la valeur correspondante pour la mer des Caïmans adjacente n’est que de 0.3 mm Sv-1. Nos résultats indiquent aussi une sensibilité similaire du stockage du contenu thermique dans le GoM à la tendance du transport (i.e. une augmentation du stockage de chaleur avec la baisse du tendance de long terme du transport), mise en lumière par un approfondissement important des isothermes moyennes. Alors que d’autres simulations effectuées montrent que le forçage atmosphérique local et la stochasticité intrinsèque des LCE ont peu d’effet sur la tendance du SL à long terme, l’influence des tourbillons croît via l’effet thermostérique induit par l’augmentation des quantités de chaleur qu’ils apportent au GoM. Dans notre scénario de baisse du transport le plus défavorable (-20%), plusieurs dizaines de mm de hausse régionale du SL causée par les LCE s’ajoutent à la hausse du SL global. Mais nos résultats montrent que les apports de chaleur des LCE n’expliquent pas totalement les changements du SL associés aux tendances du transport du LC, ni l’augmentation du contenu thermique du GoM, qui est même freinée par des pertes de chaleur au profit de l’atmosphère. D’autres processus dynamiques restent ainsi à identifier. |
Spatial altimetry has revealed a global sea level rise (SL) of ~3.4 mm yr-1 over the last three decades, driven by two main processes: the mass input from continental ice melting and the thermal expansion of seawater (or thermosteric effect). At the regional scale, however, there are large differences with respect to the global average, mainly related to a heterogeneous distribution of heat content and salinity, as well as to specific local dynamics. In the Gulf of Mexico (GoM), a densely populated area with many human activities, studies of SL trends have focused on coastal areas based on data from tide gauges installed along the U.S. coast. Thus, the influence of ocean dynamics on SL trends in the region remains to be investigated. The Loop Current (LC), which is part of the western boundary current system of the North Atlantic, is the main dynamic feature of the GoM. At irregular intervals, it sheds large anticyclonic eddies (<400 km), called Loop Current Eddies (LCE), which are thought to play a central role in regulating the physical properties of the basin. However, recent modeling studies suggest that the LC may slow down significantly during the 21st century, with the risk of altering these properties and the long-term trends in the regional SL. In this PhD thesis, we investigate the long-term variations of the SL in the GoM for the period 1993-2021 and their possible causes using spatial altimetry, Argo measurements, and three sets of numerical simulations from a 1/12° configuration of the NEMO model. Our analyses show a ~11% decrease in the surface velocity of the LC since 1993 and an increasing trend in the SL, which is 44% higher in the GoM than in the global ocean. For the period 2010-2020, this trend even accelerates significantly, while Argo data show a strong warming of up to 1.1°C in the 0-500 m layer of the GoM, causing a significant thermosteric effect. Therefore, to assess whether LC variations, such as a decrease in LC transport, could influence long-term SL trends in the GoM, we conducted numerical experiments on the sensitivity of regional SL to LC transport trends. In these simulations, the prescribed current at the lateral boundaries of the simulated domain is modulated to vary from +20% to -20% of its actual value over the period 1993-2021. Our results show a linear response of the mean SL in the western offshore GoM as the LC transport decreases, with a trend of 7.4 mm increase per Sverdrup of lost transport, while the corresponding value for the adjacent Cayman Sea is only 0.3 mm Sv-1. Our results also indicate a similar sensitivity of heat content storage in the GoM to the transport trend (i.e., an increase in heat storage as the long-term transport trend decreases), highlighted by a significant deepening of the mean isotherms. While other simulations show that local atmospheric forcing and the intrinsic stochasticity of LCEs have little effect on the long-term trend in SL, the influence of eddies increases via the thermosteric effect induced by the increase in the amount of heat they bring to the GoM. In our most unfavorable scenario of reduced transport (-20%), several tens of mm of regional SL increase caused by LCEs are added to the global SL increase. However, our results show that the heat input from LCEs does not fully explain the changes in SL associated with LC transport trends, nor the increase in heat content of the GoM, which is even held back by heat losses to the atmosphere. Thus, other dynamic processes remain to be identified. |