Etude de la circulation de mésoéchelle et des sorties d'eaux du Golfe Persique dans l'Océan Indien Nord-Ouest

Abstract

The Northwestern Indian Ocean is a region with a complex oceanic circulation. It is composed ofbasins with different topography. The Red Sea is crossed by an oceanic ridge whereas the PersianGulf is a plateau with a maximum depth of 90 meters. These basins open on the Arabian Sea via the Gulfof Aden and Sea of Oman respectively. Furthermore, the region is dominated by the monsoon, strongwinds over the ocean in winter and summer. These seasons are separated by inter monsoons, seasonswhere the winds lose intensity and main direction. Winds and high heat fluxes induce strong evaporation,mainly in the Red Sea and Persian Gulf. These highly saline water masses flow in the Arabian Sea with ahigh seasonal variability.The Indian Ocean is thus a region of strong scientific and geopolitical interest, numerousoceanographic experiment and numerical simulations focus on the geophysical processes in the region.Although, the differences between each basin, the interactions between water masses and the strongseasonal variability lead these studies to focus on a specific period or phenomenon.Recently, numerous studies emphasize on the Red Sea and the Gulf of Aden, where mesoscaleeddies impact the circulation of the saline outflow. These structures form from westward propagating wavesfrom the Indian coast, interacting and destabilizing through the interactions with the winds or eddies.The aim of this thesis is to study the mesoscale circulation in the northen Arabian Sea and in theSea of Oman, which phenomenon dominates the circulation, how do they form and what are theirstructures, how do they interact between them and with the monsoon variability ? In the same time, a studyemphasizes the impacts of these structures in the outflows from the Persian Gulf and the formation ofsmaller scale structures.To answer these questions, numerous data are used : in-situ measurements throughoceanographic experiments and floats, satellite data and re-analysis from model, climatologies, but alsoresults from realistic simulation (HYCOM) or idealized model to study processes.A first chapter focuses on the evolution and measurements of ARGO floats across the Gulf of Aden and theArabian Sea. It points out strong correlations between the surface and deep circulation. Furthermore, highlysaline waters are observed inside and at the periphery of mesoscale eddies with different characteristicsand are advected by those. The following chapter focuses on the dynamic of these structures in the Sea ofOman. It revealed the presence of a dipole during the spring inter monsoon. It set up is linked to the end ofthe winter monsoon. The anticylonical part of the dipole, East of the basin, is reintensified during the intermonsoon through winds and structures propagating from the Indian coast. This dipole creates a strongdeformation field along the coast of Oman, thus tearing the outflowing Persian Gulf Water in the northernpart of the basin, with a recirculation East of it and a spreading in the Arabian Sea West of it.In a third chapter, the use of a model and observations allowed to describe the mesoscalecirculation in the northern Arabian Sea and in the Sea of Oman. The different characteristics of theoutflowing Persian Gulf Water where studied for each season to complete the previous chapter's analysis.Finally, a chapter focuses on the formation a smaller scale structures following the ejection of thePersian Gulf Water. During the Phys-Indien experiment a submesoscale lens where registered in theArabian Sea. This chapter presents its characteristics and an estimation of the mechanisms leading to itsformation and evolution.Le Nord-Ouest de l'océan indien est une région à la dynamique océanique complexe. Elle se compose de plusieurs bassins aux géographies différentes. La Mer Rouge est traversée par une fosse océanique là où le Golfe Persique présente une profondeur maximale de 90 mètres. Ces deux bassins s'ouvrent sur la Mer d'Arabie via le Golfe d'Aden et la Mer d'Oman respectivement. De plus l'ensemble de la région est impacté par le régime des moussons, des vents de forte intensité qui balayent l'océan en hiver et en été. Ces saisons sont entrecoupées d'inter-mousson où les vents perdent leurs intensités et directions principales. Les vents constants et les forts flux de chaleur mènent à d'intense évaporation, tout particulièrement dans la Mer Rouge et le Golfe Persique. Ces masses d'eau très salées s'écoulent dans la Mer d'Arabie avec une grande variabilité en fonction des saisons. L'Océan Indien est ainsi une région présentant un fort intérêt scientifique, de nombreuses campagnes océanographiques et simulations numériques s'intéressent aux différents phénomènes géophysiques. Mais la différence de dynamique entre chaque bassin, les interactions entre les masses d'eau ainsi que la forte variabilité saisonnière forcent ces différentes études à se concentrer sur un phénomène en particulier ou durant une période spécifique. Actuellement, de nombreuses études se concentrent sur la Mer Rouge et le Golfe d'Aden où il est souligné la présence de tourbillons de mésoéchelle influençant le parcours des sorties d'eaux salées. Ces tourbillons sont issus de la propagation d'ondes se formant à la côte indienne, celles-ci se déstabilisant sous l'impact du vent ou d'autres structures. Ainsi cette thèse s'est concentrée sur la circulation de mésoéchelle dans le Nord de la Mer d'Arabie et la Mer d'Oman, quels phénomènes dominent la circulation, quelles sont leurs structures et formations, comment interagissent-elles et comment sont-elles impactées par le régime des moussons ? Parallèlement, une étude est menée sur l'impact de ces structures sur les sorties d'eau salées issues du Golfe Persique et la formation de structures de plus petites échelles. Pour répondre à ces questions de nombreux jeux de données ont été utilisés : des mesures in situ, via des campagnes océanographiques et des flotteurs, des mesures satellites et issues de ré-analyses de modèles, des climatologies mais aussi des résultats issus d'une simulation réaliste HYCOM ou de modèles idéalisés pour étudier certains processus. Un premier chapitre va suivre les évolutions de trajectoires et les enregistrements de flotteurs ARGO à travers le Golfe d'Aden et la Mer d'Arabie. Il en ressort de fortes corrélations entre la circulation de surface et les déplacements de ces flotteurs. De plus, les masses d'eau salées présentes en profondeur, se retrouvent à la périphérie et à l'intérieur de tourbillons de mésoéchelle avec des caractéristiques différentes et sont advectées par ceux-ci. Le chapitre suivant se concentre sur la dynamique de ces structures dans la Mer d'Oman. Il a été mis en évidence la présence d'un dipôle se mettant en place durant l'inter-mousson de printemps. Sa mise en place est liée à la fin de la mousson d'hiver. L'anticyclone composant ce dipôle, à l'Est du bassin, est réintensifié durant l'inter-mousson par le vent et d'autres structures se propageant depuis la côte indienne. Ce dipôle créé une forte déformation le long de la côte omanaise, arrachant les eaux sortant du Golfe Persique de la côte et les advectant vers le Nord, avec une partie recirculant vers l'Ouest et une seconde vers l'Est. Dans un troisième chapitre, l'utilisation conjointe d'un modèle réaliste et de données issues d'observations a permis de décrire la circulation de mésoéchelle du Nord de la Mer d'Arabie et de la Mer d'Oman. Les différentes caractéristiques des sorties d'eau du Golfe Persique ont été étudiées en fonction de chacune des saisons, dans le but de compléter l'analyse du chapitre précédent. Etc…