Les détroits sont des lieux propices à la génération des ondes solitaires internes (ISWs), car ils combinent généralement une marée forte, une topographie accidentée et une stratification marquée. Les ISWs sont une caractéristique bien connue du détroit de Gibraltar, mais leur compréhension reste partielle. Mesurer les ondes internes in situ nécessite des mouillages haute fréquence couvrant toute la colonne d’eau, une approche énergivore offrant une vision eulérienne limitée. Les observations satellitaires, quant à elles, capturent uniquement la structure horizontale à un instant donné, sans information sur l’évolution ou la structure verticale. Les modèles pourraient combler ces lacunes, mais la petite échelle et la nature non hydrostatique des ondes empêchent leur représentation correcte dans les modèles régionaux classiques de type Boussinesq hydrostatique. Ainsi, leurs conditions de génération et leur évolution restent énigmatiques. Dans le détroit de Gibraltar, les ondes internes sont attendues lors des marées suffisamment intenses pour atteindre un contrôle hydraulique sur le seuil de Camarinal, le principal obstacle topographique s’élevant jusqu’à une profondeur de 200 m. Des expériences en laboratoire avec un haut degré de réalisme ont été menées afin de reproduire les principaux forçages moteurs, y compris la différence de densité (forçage barocline), la rotation terrestre et le forçage de la marée (barotrope), en prenant en compte les cycles de vives-eaux et de mortes-eaux ainsi que leur modulation. Un modèle réduit de la topographie de la région — comprenant le détroit de Gibraltar, la mer d’Alboran occidentale et le golfe de Cadix, représentant une zone de 250 km × 150 km — a été installé sur la plateforme Coriolis du LEGI à Grenoble, dans le cadre de l’ANR Astrid HERCULES.Les données expérimentales de trois expériences avec différentes conditions initiales de marée ont été étudiées dans le cadre de la thèse de doctorat d’Axel Tassigny. Dans des conditions de vives-eaux, la génération et la propagation des ondes internes se déplaçant vers l’est ont été reproduites en similitude avec succès, en accord avec les observations océaniques. Deux régimes distincts d’ondes internes, de type bore et de type soliton, ont été observés. Cette dichotomie est attribuée aux variations de la criticité hydraulique de l’écoulement d’échange et peut être prédite à l’aide d’un modèle bidimensionnel à deux couches, malgré la nature intrinsèquement tridimensionnelle de l’écoulement moyen dans la partie orientale du détroit (figure).
Le modèle suggère que le type d’onde est fortement corrélé à la profondeur de la pycnocline. De plus, les ondes de type bore génèrent davantage de turbulence et de mélange. Les ondes soliton rayonnent leur énergie plus à l’est que les ondes de type bore, car elles dissipent moins d’énergie dans leur sillage turbulent. Ces résultats ont des implications significatives pour la compréhension de la structure de densité verticale des eaux méditerranéennes dans la partie occidentale de la mer d’Alboran. La structure de densité verticale dépend des conditions estivales ou hivernales (thermocline) et affecte différentes parties de la mer d’Alboran en fonction du type d’onde qui se développe. Ils influencent également la propagation ultérieure des eaux méditerranéennes dans le golfe de Cadix, et pré-conditionnent ainsi la circulation à grande échelle de l’océan Atlantique Nord ainsi que la circulation globale de la mer Méditerranée.
Figure : De gauche à droite : Floraison de phytoplancton dans le détroit de Gibraltar (crédit image : NASA, 2017). Nombre de Froude interne composite dans un diagramme espace-temps pour les conditions de vives-eaux et de mortes-eaux. Les régions à l’intérieur des lignes pointillées blanches sont supercritiques (G>1). Diagramme modèle permettant de prédire les bores ou solitons en fonction du nombre de Froude interne et de l’amplitude des ondes normalisée par la profondeur de la pycnocline.
