Thèse Modélisation des Courants Abyssaux Turbulents sur la Dorsale Médio-Atlantique H/F Ifremer

Date de clôture de réception des candidatures : 20/04/2026

Qui sommes nous ?

Le Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS www.umr-lops.fr) est une Unité Mixte de Recherche placée sous la tutelle du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), de l'Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer (Ifremer), de l'Institut de Recherche pour le Développement (IRD) et de l'Université de Bretagne Occidentale (UBO). Le LOPS développe et participe à des programmes de recherche en océanographie qui contribuent au développement des connaissances sur la dynamique des océans à différentes échelles de temps et d'espace et qui étudient les relations de l'océan avec d'autres compartiments du système terrestre comme l'atmosphère, les glaces et la biosphère.

L'équipe Interactions d'Échelles Océaniques (IEO) du LOPS s'appuie sur une synergie de modèles et d'observations à très haute résolution pour investiguer la dynamique des fines échelles océaniques et leurs liens avec la grande échelle. Elle a développé une expertise de la dynamique turbulente des océans, basée tant sur l'analyse théorique de la dynamique des fluides géophysiques, que sur le développement et l'utilisation de modèles numériques.
Le LOPS est une unité du département Océanographie et Dynamique des Écosystèmes (ODE) d'Ifremer.

Quel est le sujet de la thèse ?

Contexte :

L'océan profond joue un rôle crucial pour le climat, en stockant la chaleur, le carbone et d'autres composés sur des échelles de temps de plusieurs siècles. Pourtant, il reste sous-échantillonné par rapport à l'océan de surface, en raison de deux facteurs principaux : (1) sa perception historique comme une masse d'eau stagnante, contrairement à la surface, dynamique et pilotée par l'atmosphère, et (2) les défis technologiques limitant les prélèvements systématiques, les connaissances reposant sur des campagnes océanographiques éparses. Récemment, la modélisation et des expéditions dédiées ont révélé des courants sous-mésoéchelles (0,1-10 km) et des courants de marée énergétiques, caractérisés par de fortes interactions avec la topographie des fonds marins. Parallèlement, un regain d'intérêt s'est manifesté pour un problème de longue date en océanographie physique : comment les eaux profondes, formées par la perte de flottabilité aux hautes latitudes, remontent-elles - sont-elles upwellées - vers la surface ?

Munk (1966) a proposé que le mélange turbulent généré par le déferlement des ondes internes entraîne une remontée diapycnale (à travers les couches de densité égale) homogène dans l'intérieur de l'océan. Un paradigme plus récent décrit plutôt une remontée fine dans une couche limite de fond (Bottom Boundary Layer, BBL) sous une couche de mélange stratifiée (Stratified Mixing Layer, SML) où se produit une descente. Ce paradigme prédit également un courant ascendant le long de la pente dans la BBL. Cependant, ces théories de mélange en 1D négligent les courants tridimensionnels de basse fréquence et de marée interagissant avec la topographie. Capó et al. (2024) a élargi ce cadre en utilisant des simulations 3D de la dynamique sur des pentes continentales, révélant deux résultats : (1) les courants de basse fréquence sont topostrophiques (alignés avec les ondes de Rossby topographiques) et génèrent des écoulements vers le bas près du fond marin dans les couches limites de friction, contredisant ainsi les modèles basés sur le mélange, et (2) le système de remontée/descente en deux couches persiste, mais est plus confiné près du fond marin, avec une troisième couche de remontée supplémentaire au-dessus. Bien que Schubert et al. (2025) ait souligné la pertinence à l'échelle mondiale des écoulements descendants moyens sur les grandes échelles topographiques, les caractéristiques à petite échelle (p. ex., zones de fracture) introduisent une complexité supplémentaire, non élucidée.

Nous concentrerons notre étude sur le secteur de la dorsale atlantique situé dans le gyre subtropical (18°N-29°N) pour plusieurs raisons. Premièrement, il englobe toutes les caractéristiques topographiques clés des dorsales médio-océaniques : une vallée axiale, des collines abyssales et une zone de fracture profonde, ce qui nous permet d'étudier les dynamiques spécifiques associées à chacune de ces structures. Deuxièmement, il inclut la zone d'exploration sous licence accordée à l'Ifremer par l'Autorité Internationale des Fonds Marins et a fait l'objet de nombreuses campagnes d'observation, fournissant des jeux de données hydrodynamiques pour contraindre nos simulations.

Objectifs scientifiques :

Des études récentes ont montré que l'équilibre près du fond marin entre l'advection et le mélange peut se produire à travers une très large gamme d'échelles de temps et d'espace. Ces processus ont des impacts contrastés : les courants moyens dans le temps et les courants turbulents ne se compensent pas nécessairement, ce qui conduit à un effet net des courants turbulents pour générer des mouvements d'upwelling et de downwelling. Ces courants turbulents incluent les courants de marée et les courants de plus basse fréquence. Néanmoins, leurs effets respectifs restent inconnus et semblent contraints par l'échelle et la forme de la topographie du fond marin. Par ailleurs, des études numériques idéalisées et des observations suggèrent que les processus non hydrostatiques dans la couche limite de fond pourraient avoir été sous-estimés et contribueraient à l'upwelling diapycnal. Sur la base des lacunes identifiées ci-dessus, les objectifs spécifiques sont les suivants:

• Objectif 1 (O1) : Démêler les dynamiques turbulentes en jeu dans la BBL et leur impact sur les mouvements d'upwelling et downwelling près du fond marin.
• Objectif 2 (O2) : Évaluer le rôle des processus non hydrostatiques se produisant dans la BBL et la manière dont ils peuvent modifier le mélange.
• Objectif 3 (O3) : En s'appuyant sur les deux premiers objectifs, dresser une image affinée de la transformation diapycnale des eaux près du fond marin et de la circulation abyssale.

Quelles seront vos missions et vos activités ?

Nous recourons principalement à une modélisation numérique haute résolution de la circulation océanique en utilisant le modèle Coastal and Regional Ocean Community (CROCO). La stratégie consiste à imbriquer des grilles de plus en plus fines au sein de grilles parentes, en augmentant progressivement la résolution.

Pour répondre à l'objectif 1 (O1), nous devrons atteindre un espacement de grille horizontale dx < 1 km afin de résoudre une large gamme de processus sous-mésoéchelles. Nous réaliserons ensuite des simulations de sensibilité pour évaluer l'impact des marées sur l'advection. Un bilan de flottabilité près du fond sera effectué pour séparer les effets de l'advection et du mélange.

Pour répondre à l'objectif 2 (O2), nous mettrons en place une simulation imbriquée dans la précédente pour atteindre une résolution dx ~ 100 m où les processus non hydrostatiques sont susceptibles d'émerger spontanément. Des expériences de sensibilité nous permettront d'estimer l'importance des processus non hydrostatiques dans les bilans de flottabilité.

Enfin, l'objectif 3 (O3) sera atteint en intégrant les résultats des deux premiers objectifs sur l'ensemble de la dorsale. Des expériences de lâchers de traceurs nous aideront à mieux comprendre l'effet net de l'advection et du mélange.

Mots clés :

Océan profond, dorsale médio-atlantique, marées, submésoéchelles, turbulence, mélange, modélisation numérique haute résolution.