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2023-HERCULES : Un modèle physique réaliste du détroit de Gibraltar

La prévision du climat de la Terre dépend de notre compréhension de la dynamique des océans sur une grande variété d’échelles d’interaction dans le temps et l’espace. Les courants de gravité représentent l’un des principaux processus à méso-échelle qui entraînent le transfert d’énergie, influencent la structure thermohaline et l’échange vertical des masses d’eau dans l’océan, mais leur représentation reste un défi pour les modèles numériques. La zone d’étude ciblée est le détroit de Gibraltar (colonnes d’Hercule) qui relie la Méditerranée à l’océan Atlantique, situé entre le sud de l’Espagne et le nord du Maroc. Ce passage étroit est aujourd’hui l’une des routes maritimes les plus fréquentées au monde.

Le choix du détroit de Gibraltar et de ses zones adjacentes (golfe de Cadix et mer d’Alboran) comme zone d’étude ciblée pour cette proposition est pertinent à bien des égards. Il est particulièrement adapté à une première exploration des régimes inconnus de sous-mésoéchelle car les mécanismes qui les génèrent sont facilement localisés : les structures turbulentes « intenses » peuvent être plus facilement reproduites en laboratoire et observées dans la colonne d’eau. Il représente également un lieu de formation de structures tourbillonnaires à grande échelle. Le détroit de Gibraltar est également un bon modèle pour mieux comprendre l’impact (rétroaction) de la dissipation turbulente sur la circulation générale dans les bassins de la Méditerranée et de l’Atlantique Nord et la façon dont elle peut façonner la dynamique de l’océan à une échelle beaucoup plus grande.

L’objectif principal est de comprendre les processus qui sous-tendent le transfert d’énergie entre les échelles sub-méso et dissipatives, et la rétroaction des processus à petite échelle sur la méso-échelle ; en outre, il contribuera à quantifier l’impact des processus à petite échelle sur la modulation de la dynamique non hydrostatique, la dynamique des flux d’échange localisés, et sa rétroaction sur la dynamique synoptique à plus grande échelle.

Ces objectifs seront atteints grâce à des mesures à haute résolution spatiale et temporelle dans le premier modèle physique réaliste jamais construit du détroit de Gibraltar ; il englobera le golfe de Cadix et la mer d’Alboran. Il représentera une région de 250 km x 150 km dans la plate-forme de Coriolis (LEGI) et inclura tous les forçages :

- la bathymétrie réaliste,
- les forçages barocline, barotropique (marée),
- la rotation de la Terre,
- et le forçage du vent de surface.

Il s’agira d’un véritable défi d’ingénierie. Ces données seront exploitées en synergie avec des données d’observation in situ à haute résolution (SHOM) sur plusieurs campagnes (2014, 2020, 2022) et des données numériques (LES) imitant le modèle physique expérimental. Des outils de diagnostic seront développés pour décrire les processus turbulents à petite échelle - mélange turbulent, évolution de la vorticité potentielle, statistiques de turbulence - nécessaires à l’évaluation de la dynamique non hydrostatique et de sa rétroaction à méso-échelle.

Les données et les outils (expérimentaux, numériques et théoriques) produits dans le cadre de ce projet fourniront également les données nécessaires pour (i) tester les paramétrisations des processus non résolus dans le code CROCO liés aux courants de gravité (entraînement, mélange, processus turbulents), (ii) calibrer, tester et valider le code CROCO dans des conditions non hydrostatiques telles que produites par les courants de gravité.

Bien que le projet se concentre sur le détroit de Gibraltar et l’environnement proche, la méthodologie et les approches validées peuvent être appliquées et étendues à d’autres endroits présentant des caractéristiques hydrologiques et dynamiques similaires. Le projet offrira ainsi une nouvelle façon de modéliser les processus sous-maille et leur intégration dans des modèles plus globaux, essentiels pour une représentation et une prévision correctes de la circulation océanique.

Project Leader : Eletta NEGRETTI (LEGI, Grenoble)

Members :
- Samuel VIBOUD (LEGI, Grenoble)
- Thomas VALRAN (LEGI, Grenoble)
- Joël SOMMERIA (LEGI, Grenoble)
- Achim WIRTH (LEGI, Grenoble)
- Axel TASSIGNY (LEGI, Grenoble)
- Louis GOSTIAUX (LMFA, EC Lyon)
- Lucie BORDOIS (SHOM, Brest)
- Franck DUMAS (SHOM, Brest)
- Xavier CARTON (LOPS, Brest)
- Jean-Baptiste ROUSTAN (LOPS, Brest)
- Jesùs Garcìa LAFUENTE (University of Malaga, Spain)
- José Carlos SANCHEZ GARRIDO Garrido (University of Malaga, Spain)
- Francis AUCLAIR (LA, Toulouse)
- Yves MOREL (LEGOS, Toulouse)