Éditeur(s) : Université de Paris 7
Résumé : The Seine estuary and its adjacent region Pays de Caux are two significant sources of mercury for coastal marine environments. It is carried through fluvial means for the Seine bay and through karstic fresh water emergences for Pays de Caux's coastal area. Mercury cycle in the Seine estuary and bay is affected by additional anthropical activities. The estuary's maximal turbidity area acts like a trap and a chemical reactor for fluvial mercury. Within this area, we can confirm: (i) the non conservative behaviour of dissolved mercury; (ii) mercury enrichment of particles when comparing the Seine's and marine environment and we suggest mercury particle redistribution from the organic fraction to the oxyhydroxydes fraction. A large fraction of mercury is exported in this state towards coastal areas. Mercury reduction in surface coastal waters and its atmospherical recycling are major phenomena. Photoreduction and biological reduction play quantitative roles equivalent to total mercury recycling via the atmosphere corresponding approximately to 30 % of fluvial exchanges. We are demonstrating that reactive forms of mercury are supporting photoreduction. Mercury behaviour within Pays de Caux's karst depends of the hydrogeological context of the system (time and flow speed, turbidity, flow); regardless of the speciation and/or partition in underground waters, the total amount of mercury in intertidal areas is quantitatively the same as in the Seine estuary. Mercury brought through intertidal emergences (karstic exudations) is not « filtered » by a maximal turbidity area and is more widely bio-available for mussels than in the Seine estuary. Even being free from growth factor influences through simple models, mussels found in Pays de Caux still show one of the highest mercury contamination on the French coast; for the first time this places the emphasis on how much mercury is brought from underground waters to the coastal environment. Surface complexation modelisation tests are able to reproduce the major part of mercury partition in the Seine estuary and bay if a very low mercury exchangeable fraction and minimum complexation parameters are taken into account; thermodynamic calculations also suggest that a strong or highly concentrated « dissolved » ligand must be present in the water in order to compete with chlorocomplex formations and explain our measures.
L'estuaire de la Seine et la région adjacente du Pays de Caux sont deux sources significatives en mercure pour le milieu marin côtier. Les apports sont d'une part fluviatiles en ce qui concerne la Baie de Seine et karstiques via des émergences d'eau douce pour la zone côtière du Pays de Caux. Le cycle du mercure en estuaire et baie de Seine est perturbé par les apports liés aux activités anthropiques. La zone de turbidité maximum de l'estuaire joue le rôle de piège et de réacteur chimique pour le mercure fluviatile. Au sein de cette zone, nous mettons en évidence : (i) un comportement non-conservatif du mercure dissous; (ii) un enrichissement en mercure des particules par rapport à celles de la Seine et du milieu marin et suggérons une redistribution du mercure particulaire de la fraction organique vers la fraction oxyhydroxydes. C'est sous cette forme qu'une fraction importante du mercure est exportée vers la zone côtière. La réduction du mercure dans les eaux côtières de surface et son recyclage atmosphérique sont des phénomènes majeurs. En effet, la photoréduction et la réduction biologique jouent des rôles quantitativement équivalents avec un recyclage total du mercure via l'atmosphère correspondant à environ 30% des apports fluviatiles. Nous montrons que les formes réactives du mercure constituent le substrat de la photoréduction. Le comportement du mercure au sein du karst du Pays de Caux dépend du contexte hydrogéologiques du système (temps et vitesse de circulation, turbidité, débit) ; quelle que soit la spéciation et/ou la partition dans les eaux souterraines, l'apport en mercure total à la zone intertidale est quantitativement du même ordre de grandeur que les apports de la Seine. Le mercure apporté par les émergences intertidales (exutoires karstiques) n'est pas « filtré » par une zone de turbidité maximale et se trouve plus largement biodisponible pour les moules qu'en estuaire de Seine. En s'affranchissant, par des modèles simples, de l'influences des facteurs de croissance, les moules du Pays de Caux affichent toujours une contamination par le mercure parmi les plus élevées du littoral français; ceci met pour la première fois l'emphase sur l'importance de l'apport en mercure par des eaux souterraines dans un environnement côtier. Les essais de modélisation de complexation de surface reproduisent la majeure partie de la partition du mercure dans l'estuaire et la baie de Seine si l'on tient compte d'une fraction échangeable en mercure très faible et de paramètres de complexation minimums ; les calculs thermodynamiques suggèrent aussi qu'un ligand « dissous » fort ou présent à de fortes concentrations doit être présent dans l'eau afin d'entrer en compétition avec la formation de chlorocomplexes et expliquer nos mesures.

Droits : info:eu-repo/semantics/openAccess
http://archimer.ifremer.fr/doc/2001/these-1842.pdf
http://archimer.ifremer.fr/doc/00000/1842/

Éditeur(s) : Copernicus Gesellschaft Mbh
Résumé : From 10 to 8 ka BP (thousand years before present), paleoclimate records show an atmospheric and oceanic cooling in the high latitudes of the Southern Hemisphere. During this interval, temperatures estimated from proxy data decrease by 0.8 degrees C over Antarctica and 1.2 degrees C over the Southern Ocean. In order to study the causes of this cooling, simulations covering the early Holocene have been performed with the climate model of intermediate complexity LOVECLIM constrained to follow the signal recorded in climate proxies using a data assimilation method based on a particle filtering approach. The selected proxies represent oceanic and atmospheric surface temperature in the Southern Hemisphere derived from terrestrial, marine and glaciological records. Two mechanisms previously suggested to explain the 10-8 ka BP cooling pattern are investigated using the data assimilation approach in our model. The first hypothesis is a change in atmospheric circulation, and the second one is a cooling of the sea surface temperature in the Southern Ocean, driven in our experimental setup by the impact of an increased West Antarctic melting rate on ocean circulation. For the atmosphere hypothesis, the climate state obtained by data assimilation produces a modification of the meridional atmospheric circulation leading to a 0.5 degrees C Antarctic cooling from 10 to 8 ka BP compared to the simulation without data assimilation, without congruent cooling of the atmospheric and sea surface temperature in the Southern Ocean. For the ocean hypothesis, the increased West Antarctic freshwater flux constrainted by data assimilation (+100 mSv from 10 to 8 ka BP) leads to an oceanic cooling of 0.7 degrees C and a strengthening of Southern Hemisphere westerlies (+6 %). Thus, according to our experiments, the observed cooling in Antarctic and the Southern Ocean proxy records can only be reconciled with the reconstructions by the combination of a modified atmospheric circulation and an enhanced freshwater flux.
Climate Of The Past (1814-9324) (Copernicus Gesellschaft Mbh), 2013 , Vol. 9 , N. 2 , P. 887-901

Droits : Author(s) 2013. CC Attribution 3.0 License.
http://archimer.ifremer.fr/doc/00181/29203/27584.pdf
DOI:10.5194/cp-9-887-2013
http://archimer.ifremer.fr/doc/00181/29203/

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : The field campaign on the Sète coast deployed during the winter 2009 was used to understand the hydrodynamics on a double barred beach in the surf zone during storm periods. The large set of measurements collected at several position and depth were also useful to improve the 3D circulation model Symphonie that takes into account the atmospherics and wave forcings. Once implemented on the beach and supplemented with some additional parameterizations concerning the roller effects and the bottom friction, the model was tuned and validated in the surf zone. The role of the different processes was then analysed. Thus, the roller and the bottom friction are of primary importance in the dynamics of the circulation. Thanks to its 3D nature and once associated with a sediment transport model and a morphodynamic model, Symphonie will offer a good representation of the sediment transport.
Coastal Dynamics 2013
Arcachon, France

hal-00855035
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00855035

Résumé : Ce travail est l'expression d'une volonté de chercheurs, de la Carabe d'améliorer les connaissances scientifiques méso- et micro-météorologiques appliquées aux milieux insulaires sous influence des alizés et de développer la recherche dans ces domaines.On sait que le phénomène météorologique le plus remarquable impactant les îles de la Caraïbe reste le cyclone tropical. Mais d'autres phénomènes, a des échelles inferieures, telles que les pluies intenses, les houles, la dégradation de la qualité de l'air ont une importance aigüe en termes de risques naturels ou de risques sur la sante. Ces exemples attestent la nécessité d'utiliser des méthodes de descente d'échelle pour exploiter l'information météorologique et/ou climatique de grande échelle et dériver des scenarios locaux et régionaux appliques aux territoires insulaires. Ce défi est important car l'attente d'analyses scientifiques pertinentes dans ces domaines est grande.Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour principaux objectifs la simulation numérique puis l'analyse des mécanismes méso- et micro-échelles qui induisent des circulations locales diurnes et nocturnes sur l'archipel de la Guadeloupe à l'aide de codes numériques météorologiques éprouves car largement utilises en recherche et en prévision opérationnelle.Ils constituent donc la première étude de modélisation numérique à haute résolution en basse atmosphère, par descente d'échelle dynamique, pour des intervalles d'espace compris entre 1 km et 111 m sur cet archipel.Le modelé atmosphérique Weather Research and Forecasting ARW V3.4 (WRF ARW), non-hydrostatique, a été utilise pour l'ensemble des simulations pour modéliser la troposphère depuis l'échelle globale à l'échelle de la turbulence.Trois situations météorologiques classiques réelles d'une durée de 48 heures, correspondant à 80 % des situations météorologiques observées dans la zone, alizes soutenus (AS), alizes moyens (AM), alizes faibles (AF) ont été examinées. Ces situations sont caractérisées par les valeurs du nombre de Froude local suivantes : 0,82 (AS), 0,41 (AM) et 0,21 (AF). Six domaines de modélisation ont été sélectionnés pour effectuer les descentes d'échelle dynamiques : D01 (maille de 27 km), D02 (maille de 9 km), D03 (maille de 3 km), D04 (maille de 1 km), D05 (maille de 333 m) et D06 (maille de 111 m) avec soixante-dix niveaux verticaux. Les quatre premiers domaines (D01 à D04) couvrent l'archipel de la Guadeloupe et sont utilisés en mode méso-échelle à l'aide d'un schéma d'ensemble de couche limite planétaire YSU. Les domaines D05 (couvrant l'île de la Basse-Terre et le centre de l'archipel) et D06 (couvrant la zone littorale et rurale du Petit Cul-de-Sac Marin et la zone urbaine de l'agglomération pointoise) sont utilisés en mode Large Eddy Simulation avec une fermeture de la turbulence 1,5 TKE 3D. Le modèle WRF a été forcé toutes les six heures par l'assimilation des champs d'analyses globales du modèle NCEP FNL (1° de résolution). Les simulations effectuées ont permis d'obtenir des champs de variables météorologiques 10-minutes à très hautes résolutions spatiales.Les résultats des simulations méso- et micro-échelles ont été confrontés aux valeurs expérimentales obtenues à l'aide de capteurs places sur des mâts météorologiques (campagne Atmo-Mangrov et réseau de mesure Météo-France). Il s'agissait d'optimiser l'utilisation des couplages de codes numériques tout en conservant la possibilité de les confronter aux observations expérimentales.Les résultats des simulations numériques micro-échelles, des différents cas (AS, AM, AF) sont utilisées pour forcer (c'est-à-dire définir les conditions limites) un modèle lagrangien de dispersion de particules : FLEXPART. Le système couple FLEXPART-WRF a été employé dans le domaine D06 pour étudier la dispersion du panache d'oxydes d'azote émis par la principale usine de production d'électricité de l'île.
The present work expresses the will of Caribbean researchers to improve the meso- and micro-meteorological scientific knowledge of the trade winds influenced island areas, and to develop research in these domains.It is well known that tropical hurricanes remain the most remarkable meteorological phenomena that affect the Caribbean islands. But some other phenomena, of smaller scale, such as intense rainfall events, swells, or air quality degradation, are of extreme importance for natural or health hazards. These examples show the need to use downscaling methods to exploit large scale meteorological or climatic information, and to obtain local and regional scenarios for the island areas. This is an important challenge, as sound scientific studies in these matters are eagerly expected. The aim of the research works exposed in the present dissertation is numerical simulation and analysis of the meso- and microscale mechanisms that induce diurnal and nocturnal local circulations in the Guadeloupe archipelago, using numerical meteorological models that are widely used in research and in operational forecasting.These works represent the first high-resolution (1 km to 111 m) numerical study of the lower atmosphere over the Guadeloupe archipelago. The Weather Research and Forecasting ARW 3.4 (WRF-ARW) model is used to simulate the troposphere from global scale to turbulence scale. Real cases of three typical weather types (80% of cases during a year) are examined during 48 hours : strong trade winds (STW), medium trade winds (MTW) and weak trade winds (WTW). These weather types are characterized by values of the local Froude number : 0.82 (STW), 0.41 (MTW) and 0.21 (WTW). Six domains have been selected for the dynamical downscaling : D01 (grid spacing of 27 km), D02 (grid spacing of 9 km), D03 (grid spacing of 3 km), D04 (grid spacing of 1 km), D05 (grid spacing of 333 m) and D06 (grid spacing of 111 m), including 70 vertical levels. The first four domains (D01 to D04) cover the Guadeloupe archipelago and are used in the meso-scale simulations with the planetary boundary layer scheme YSU (ensemble mean). Domain D05 (covering the Basse-Terre island and the middle of the archipelago) and domain D06 (covering the coastal and rural area of Le Petit Cul-de-Sac Marin and the urban area of Pointe-à-Pitre), are employed in the micro-scale simulation (LES) with the 3D TKE 1.5 order closure scheme. WRF has been 6 hourly reinitialized with the NCEP FNL global analyses (resolution of 1°). These simulations permitted to obtain 10-minutes meteorological variable fields with a very high resolution (111 m).Meso-scale and micro-scale model results have been evaluated with observational data from meteorological stations (field campaign Atmo-Mangrov, French Met Office).Once validated, the micro-scale model outputs have been used for the assimilation of the lagrangian particle dispersion model : FLEXPART. The coupling FLEXPART-WRF has been employed in domain D06, in order to analyze the dispersion of the nitrogen oxide plume emitted by the main power plant of the archipelago.

http://www.theses.fr/2014AGUY0735/document

Éditeur(s) : HAL CCSD Springer Verlag
Résumé : International audience
Seasonal climate forecasts mainly rely on the atmospheric sensitivity to its lower boundary conditions and on their own predictability. Besides sea surface temperature (SST), soil moisture (SM) may be an additional source of climate predictability particularly during boreal summer in the mid-latitudes. In this work, we investigate the role of SM initial conditions on near-surface climate predictability during ten boreal summer seasons using three complementary ensembles of AMIP-type simulations performed with the Arpège-Climat atmospheric general circulation model. First we have conducted an assessment of the SM predictability itself through a comparison of simple empirical SM models with Arpège-Climat. The statistical and dynamical models reveal similar SM prediction skill patterns but the Arpège-Climat reaches higher scores suggesting that it is at least suitable to explore the influence of SM initialization on atmospheric predictability. Then we evaluate the relationships between SM predictability and some near surface atmospheric predictability. While SM initialization obviously improves the predictability of land surface evaporation, it has no systematic influence on the precipitation and near surface temperature skills. Nevertheless, the summer hindcast skill is clearly improved during specific years and over certain regions (mainly north America and eastern Europe in the Arpège-Climat model), when and where the SM forcing is sufficiently widespread and strong. In this case, a significant impact is also found on the occurrence of heat waves and heavy rains, whose predictability at the seasonal timescale is a crucial challenge for years to come.
ISSN: 0930-7575

meteo-00346948
https://hal-meteofrance.archives-ouvertes.fr/meteo-00346948
DOI : 10.1007/s00382-008-0375-9

Éditeur(s) : HAL CCSD Editions Paralia CFL
Résumé : L'hydrodynamique du plateau continental du Golfe du Lion est généralement induite par les vents. Les simulations numériques réalisées par les modèles numériques de circulation océanique côtière aux équations primitives sont en général cohérentes avec les observations in-situ. Très peu d'observations étaient toutefois disponibles pendant les épisodes de tempêtes méditerranéennes. Aussi, la station BESSète (Bottom Experimental Station Sète), équipée d'un ADCP mesurant en continu les caractéristiques de houle et les profils verticaux de courants, a été implantée sur le plateau sous 70 m. Les premières données issues de cette station, acquises en février-mars 2007, confirment les schémas de circulations induits par les vents de Nord (Mistral,Tramontane). Un épisode de tempête (Hs>5m) a aussi pu être observé le 18 février 2007. De forts courants dont l'intensité peut atteindre 0,7 ms-1 y sont associés. Cette série de données est ensuite utilisée pour calculer les tensions decisaillements induites sur le fond. Sous 70 m, elles sont en général quasi-nulles excepté pendant l'épisode de tempête où l'action conjuguée des houles et des courants peut induire des contraintes susceptibles de mobiliser et déplacer le sédiment fin présent dans la zone. La très forte intensité des courants mesurés pendant la tempête amènent ensuite à reconsidérer les processus de transferts de quantité de mouvement entre atmosphère, océan et sédiments. Très schématiquement, sur le plateau, dès que la houle interagit avec le fond, la houle se transforme (réfraction, dissipation) et transmettrait de la quantité de mouvement à l'échelle des courants moyens. Cette hypothèse est retenue pour expliquer ces forts courants observés et pourrait être confirmée par d'autres travaux théoriques et numériques.
ISSN: 1760-8716

hal-00854000
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00854000
DOI : 10.5150/jngcgc.2008.011-L

Éditeur(s) : HAL CCSD American Meteorological Society
Résumé : Global positioning system (GPS) data from a dense network have been used for the analysis of the diurnal cycle of water vapor over Marseille, France, during the second intensive observation period (IOP2; 21–26 June 2001) of the Expérience sur Sites pour Contraindre les Modèles de Pollution Atmosphérique et de Transport d'Emission (ESCOMPTE) field experiment. Both tomographic analyses and integrated water vapor (IWV) contents from GPS have been used, in addition to wind profiler data and surface observations. Tomographic analysis of data from the dense GPS network and radiosondes provided the continuous temporal evolution of the vertical distribution of water vapor over the city of Marseille. The city is located on the shore of the Mediterranean Sea in southeastern France and is often under the influence of sea-breeze effects. Two different layers of breeze circulation are identified: a shallow sea breeze, blowing perpendicular to the local coastline, and a deep sea breeze, induced by the regional temperature gradient between sea and land. The origin of water vapor is shown to be mainly due to the advection of marine moist air by these sea-breeze circulations. However, the diurnal cycle of water vapor over Marseille is strongly influenced by the synoptic situation, which changes during the IOP2 (between a northerly mistral in the early stage of the IOP and an easterly wind at the end). It is shown that vertical profiles from tomographic analyses (combined with wind profiler data) allow for a proper interpretation of the diurnal cycle observed in IWV. Two-dimensional maps of IWV are also shown to complement the description of the horizontal advection of moisture by the different circulation regimes.
ISSN: 1558-8424

hal-00273624
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00273624
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00273624/document
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00273624/file/drJAM_cycle_diurne_GPS_rev1.pdf
DOI : 10.1175/JAM2450.1

Éditeur(s) : HAL CCSD Elsevier Masson
Résumé : While oceanic circulation in the Gulf of Lion (GoL) has often been studied in calm weather or with northerly winds (Tramontane or Mistral) through observations and numerical circulation models, few studies have focused on southeasterly storm events. Yet, correct representation of the circulation during storms is crucial if the suspension of sediments is to be correctly modelled throughout the Gulf. The purpose of this paper is to describe the hydrodynamics in the Gulf of Aigues-Mortes (NW of the GoL) during the storm of 18 February 2007 by using a set of data from an ADCP station placed at a depth of 65 m on the sea bed off the coast at Sète, supplemented by the ocean circulation model SYMPHONIE. This storm was characterized by a moderate south-easterly wind (15 m . s−1) and waves of up to 5 m of significant height at its apex. At the ADCP, strong currents of up to 0.8 m . s−1 near the surface and 0.5 m . s−1 near the bottom were recorded, parallel to the coast, flowing towards the south-west. The simulated currents were widely underestimated, even taking the effect of waves into account in the model. It was suspected that the representation of the wind in the atmospheric model was an underestimation. A new simulation was therefore run with an arbitrarily chosen stronger wind and its results were in much better agreement with the measurements. A simplified theoretical analysis successfully isolated the wind-induced processes, responsible for the strong currents measured during the apex and the strong vertical shear that occurred at the beginning of the storm. These processes were: 1/ the barotropic geostrophic current induced by a wind parallel to the coast and 2/ the Ekman spiral. The duration of the storm (about 36 h at the apex) explains the continuous increase of the current as predicted by the theory. The frictionally induced Ekman transport explains the current shear in the surface layer in the rising stage of the storm, and the addition of high waves and strong wind at the apex is more in favour of strong vertical mixing in the surface layer.
ISSN: 1631-0713

hal-00908200
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00908200
DOI : 10.1016/j.crte.2013.07.001

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : International audience
Les plages sableuses constituent une frontière mobile et poreuse entre l'océan ouvert et la terre. La compréhension de la circulation dans les nappes de plage est importante pour une variété de processus physiques, biologiques et chimiques. On cherche à caractériser in-situ la dynamique souterraine sous la zone de swash. Le site atelier est la plage microtidale de Rousty (Camargue, France). L'étude, réalisée sur 48h les 13 et 14 décembre 2014, fait partie d'une plus grande campagne de mesure visant à caractériser la réponse hydro-morphologique de la plage de Rousty à une saison hivernale. La période présentée ici correspond à la phase de déclin d'une tempête modérée. La stratégie retenue dans le cadre de ce projet a été de déployer un réseau de15 capteurs de pression enterrés sous la zone de swash. Les caractéristiques des vagues incidentes, à la fois au large et dans la zone de surf interne, ont été mesurées conjointement à l'utilisation d'un LiDAR terrestre haute fréquence permettant de suivre la surface libre et l'évolution du lit sableux à haute fréquence sur la zone de swash. L'analyse des données moyennées dans le temps a mis en évidence la présence d'un schéma de circulation relativement robuste sous la zone de swash, qui se décale vers le large en suivant la descente du niveau moyen et la diminution de l'activité des vagues. La tendancedominante est un écoulement vers le large, avec une intensité maximale de l'ordre de 0.1mm/s modulé par des infiltrations et exfiltrations dans les parties hautes et basses de la zone de swash, respectivement. L'analyse haute fréquence à des événements de swash sélectionnés ont mis en évidence uncycle souterrain caractéristique.
XIV èmes Journées Nationales Génie Côtier – Génie Civil
toulon, France

hal-01357778
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01357778

Éditeur(s) : HAL CCSD Elsevier
Résumé : The Gulf of Aigues-Mortes (NW Mediterranean Sea) is a midshelf zone whose scale is an intermediate between the nearshore scale (0–10 m depth) and the coastal scale (including the whole continental shelf). Its hydrodynamics is investigated for the first time. ADCP, CTD and thermosalinograph data were collected during three short cruises (HYGAM; March 6–7, 20–21, April 5–6, 2005). They were scheduled approximately every 15 days to sample the gulf circulation under different weather conditions. Moreover, the cruise data were used to validate the Symphonie model, a 3D primitive equations circulation model. The circulation features displayed by in situ data were well reproduced by Symphonie. A downscaling modelling approach was implemented, the largest scale being obtained by the replay of the MFSTEP regional model of the North-Western Mediterranean Sea. The analysis, closely coupling in situ measurements and model results, provides information that would not have been obtained using data separately. The great variability of the oceanic circulation at this scale is well evidenced. Winds are the main forces, not only locally but also at a larger scale. North winds generate coherent structures interacting with the general Mediterranean circulation. The explanation of the induced currents is then not straightforward, some of them being, for example, northward. South and southeast winds reinforce the sloping surface, the latter allowing the geostrophic equilibrium with longshore currents. This study, focused on the end of winter 2004–2005, also enhances the heat fluxes from offshore to nearshore, as well as the initiation of shelf dense waters. The knowledge of the midshelf oceanic circulation is then applied to run a numerical experiment which describes both the dispersion of a fictive contaminant from a point S (at the centre of the GAM), and evaluates the risk of contamination of the beaches along the GAM shores.
ISSN: 0278-4343

hal-00196620
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00196620
DOI : 10.1016/j.csr.2007.06.006

Éditeur(s) : HAL CCSD American Association for the Advancement of Science
Résumé : International audience
Sediments cored along the southwestern Iberian margin during Integrated Ocean Drilling Program Expedition 339 provide constraints on Mediterranean Outflow Water (MOW) circulation patterns from the Pliocene epoch to the present day. After the Strait of Gibraltar opened (5.33 million years ago), a limited volume of MOW entered the Atlantic. Depositional hiatuses indicate erosion by bottom currents related to higher volumes of MOW circulating into the North Atlantic, beginning in the late Pliocene. The hiatuses coincide with regional tectonic events and changes in global thermohaline circulation (THC). This suggests that MOW influenced Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), THC, and climatic shifts by contributing a component of warm, saline water to northern latitudes while in turn being influenced by plate tectonics.
ISSN: 0036-8075

hal-01054316
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01054316
DOI : 10.1126/science.1251306

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Meteorological phenomena with scales lower than hurricanes, from extreme rainfalls to pollution peaks, represent important environmental and health risks in the Caribbean. These examples show the need to downscale large-scale meteorological data to island-scale fields.The main goal of the present numerical study is the analysis of the meso- and micro-scale mechanisms inducing diurnal and nocturnal circulations in the Guadeloupe archipelago. The Weather Research and Forecasting model is employed. The micro-scale results are obtained by the coupling of the 1-km simulated fields and the Large Eddy Simulation method. Then, in order to analyze the dispersion of a pollutants plume, the micro-scale outputs with 111 m of resolution are used to force the lagrangian particles dispersion model FLEXPART. The study has been conducted for three real cases of weather types linked with strong, medium and weak trade winds.The results of simulations, validated with available observed data, permitted to simulate all local circulations, including a nocturnal counter-current flow which may induce a pollution peak in the urban area of Pointe-à-Pitre city.These works, which may be applied to other Lesser Antilles islands, suggest many environmental and energy applications.
Les phénomènes météorologiques d'échelles inférieures aux cyclones, depuis les pluies intenses, jusqu'à la dégradation de la qualité de l'air, ont pour les Caraïbes une importance aiguë en termes de risques naturels ou de risques sur la santé. Ces exemples attestent de la nécessité d'utiliser des méthodes de descentes d'échelle pour exploiter l'information météorologique de grande échelle et dériver des scénarios locaux appliqués aux territoires insulaires. Les travaux présentés ont pour principaux objectifs la simulation numérique et l'analyse des mécanismes méso- et micro-échelles qui induisent des circulations locales diurnes et nocturnes sur l'archipel de la Guadeloupe, à l'aide du modèle numérique météorologique Weather Research and Forecasting. Les résultats des simulations micro-échelles sont obtenus par le couplage des champs modélisés à 1 km avec la méthode Large Eddy Simulation. Les sorties micro-échelles, à 111 m, sont ensuite utilisées pour forcer le modèle lagrangien de dispersion de particules FLEXPART afin d'étudier la dispersion d'un panache de polluants. L'étude a été menée pour trois cas réels de situations météorologiques correspondant à des alizés soutenus, moyens et faibles. Les résultats des simulations, après validation, et comparaison aux données d'observation disponibles, permettent de restituer l'ensemble des circulations locales et soulignent l'existence d'un écoulement nocturne à contre courant susceptible d'induire une forte pollution sur la zone urbaine de Pointe-à-Pitre. Cette étude, transposable aux autres îles des petites Antilles, laisse envisager de nombreuses applications environnementales et énergétiques.
https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01074600

Droits : info:eu-repo/semantics/OpenAccess
tel-01074600
https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01074600
https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01074600/document
https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01074600/file/rcece_thesis.pdf

Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : Quasi-3D model SHORECIRC simulates circulation on simple nearshore domains. It is modified in order to handle realistic bathymetries : beaches with complex shoreline and/or emerged structures. Added improvements are validated against other models and measurements on various configurations. New SHORECIRC version is then applied to the study of the circulation dynamics of Leucate, a sandy beach of Languedoc- Roussillon (France) with crescentic bars.
Le modèle numérique de circulation quasi-tridimensionnel SHORECIRC, initialement prévu pour fonctionner sur des bathymétries simples, a été modifié afin de pouvoir prendre en compte les caractéristiques complexes des bathymétries réalistes de la zone littorale : trait de côte irrégulier et présence d'objets émergés. Les modifications apportées ont ´été validées par comparaison avec des résultats d'autres modèles numériques et avec des données mesurées sur plusieurs configurations. Enfin, le modèle modifié a été appliqué à l'étude de la dynamique de la circulation sur une plage sableuse à barres en festons (Plage de Leucate, Languedoc-Roussillon, FR).
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00438713

tel-00438713
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00438713
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00438713/document
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00438713/file/thesebujan.pdf

Éditeur(s) : HAL CCSD American Institute of Mathematical Sciences
Résumé : International audience
In this paper, shape optimization tools are applied to coastal engineering. A barred beach protection study is described, using a new type of water wave attenuator device, namely geotextile tube, to reduce the mobilization of sediments. A global optimization algorithm, able to pursue beyond local minima, is used to search for the optimum properties of the geotextile tube. The optimal configuration is then post-validated for generated currents.
ISSN: 1531-3492

hal-00475636
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00475636
DOI : 10.3934/dcdsb.2010.13.759

Éditeur(s) : HAL CCSD Public Library of Science
Résumé : International audience
While the fire coral Millepora platyphylla is an important component of Indo-Pacific reefs,where it thrives in a wide range of environments, the ecological and biological processesdriving its distribution and population structure are not well understood. Here, we quantifiedthis species' population structure in five habitats with contrasting hydrodynamic regimes inMoorea, French Polynesia; two in the fore reef: mid and upper slopes, and three in thelagoon: back, fringing and patch reefs. A total of 3651 colonies of fire corals were mappedand measured over 45,000 m2 of surveyed reef. Due to the species' sensitivity to fragmentationin response to strong water movement, hydrodynamic conditions (e.g. waves, pass andlagoonal circulation) corresponded to marked differences in colony size distributions, morphologyand recruitment dynamics among habitats. The size structure varied among reefhabitats with higher proportions of larger colonies in calm nearshore reefs (fringing andpatch reefs), while populations were dominated by smaller colonies in the exposed forereefs. The highest densities of fire corals were recorded in fore reef habitats (0.12±0.20 n.m-2) where the proportion of recruits and juveniles was higher at mid slope populations(49.3%) than on the upper slope near where waves break (29.0%). In the latter habitat, mostcolonies grew as vertical sheets on encrusting bases making them more vulnerable to colonyfragmentation, whereas fire corals were encrusting or massive in all other habitats. Thelowest densities of M. platyphylla occurred in lagoonal habitats (0.02±0.04 n.m-2) characterizedby a combination of low water movement and other physical and biological stressors.This study reports the first evidence of population structure of fire corals
ISSN: 1932-6203

hal-01561659
https://hal-univ-perp.archives-ouvertes.fr/hal-01561659
https://hal-univ-perp.archives-ouvertes.fr/hal-01561659/document
https://hal-univ-perp.archives-ouvertes.fr/hal-01561659/file/millepora%20platyphylla.pdf
DOI : 10.1371/journal.pone.0173513

Éditeur(s) : Ecole nationale supérieure agronomique de Rennes
Résumé : Describe and gain understanding on fluctuations in animal population over time and space is a central goal of population ecology. This is also crucial to ensure the sustainable management of exploited resources, particularly those with complex population dynamics such as the bluefin tuna. The goal of this work is to collect bluefin tuna catches from the ancestral Mediterranean and Atlantic trap fisheries to (i) characterise long-term fluctuations in bluefin tuna population migrating in the Mediterranean, (ii) analyse their causes et (iii) assess their implications for fisheries management. The bluefin tuna main biological and ecological characteristics are first detailed. Then, the first part presents the trap fishery, and the process of collect and validation of the historical catches. This leads to develop a data base of 54 time-series more than 20 years long, the longest ones spanning about four centuries. Mean historical catches were around 15 000 tons/year ([7 000;25 000]). Time-series are analysed in a second part. Temporal variability of trap catches may be decomposed in three components: 100-year-long periodic fluctuations, 20-year cycles and inter-annual variations. These medium- to long-term fluctuations, representing more than 50% of the variability in the time-series, were synchronous all around the western Mediterranean and adjacent North Atlantic. In contrast, short-term variability was synchronous at a local scale only. It is argued that long-term fluctuations in trap catches could be considered as a proxy for those in abundance, and a synthetic time-series is computed to depict them. Biological and ecological processes that could cause such long-term fluctuations are discussed in a third part. We tested whether long-term fluctuations in Atlantic bluefin tuna might be related to large-scale environmental changes, using long time-series of the North Atlantic Oscillation (NAO), the Length of the Day index (LOD, a proxy of the atmospheric circulation index ACI) and the temperature. Spectral analyses of trap catches, LOD and temperature displayed similar spectra with peak at low frequency, whereas those of the NAO exhibited a broad band spectrum. Regression analyses and tests of correlation did not reveal any clear relationship between trap catches on the one hand and NAO and LOD on the other hand. In contrast, long-term fluctuations in trap catches appear to be negatively and significantly related to long-term trends in temperature. Underlying processes that could explain such a relationship are discussed, with special focus on changes in migration patterns. Finally, implications of such fluctuations in term of fisheries management are discussed in a fourth part. A simulation framework, in which a simulated population dynamics model is coupled with a VPA, is built to test the pertinence of the diagnostic of stock assessment according to different scenarios on fluctuations origins and population status. In the hypothesis of fluctuations linked to variations in the recruitment, VPA appears able to reconstruct the fluctuations but the predictions may be biased if natural fluctuations are not taking into account. In the hypothesis of fluctuations linked to changes in migration pattern, VPA is not able to reconstruct the population dynamics. In a precautionary approach, quotas which follow may be unsuitable in the best case, at worst dangerous if they are defined in comparison with a reference point. The concept of cible reference points, fixe and unique over time, appears not relevant for bluefin tuna; estimate trajectory reference pertinent may prove to be more pertinent.
Décrire et comprendre les fluctuations spatio-temporelles des espèces animales constituent les enjeux majeurs de l'écologie. La question est également cruciale pour réussir la gestion durable des ressources exploitées, en particulier celle du thon rouge, grand pélagique migrateur à la dynamique complexe. L'objectif de ce travail est de collecter les captures historiques de thon rouge par les madragues méditerranéennes et proche atlantiques pour (i) caractériser les fluctuations à long terme de la population migrante en Méditerranée, (ii) étudier leur déterminisme et (iii) évaluer leurs implications en terme de gestion des pêcheries. Après avoir décrit les principales caractéristiques biologiques et écologiques du thon rouge, la première partie présente la pêcherie à la madrague, puis le processus de collecte et de validation des données historiques de captures. Ce dernier conduit à la mise en place d'une base de données de 54 séries de plus de 20 ans, dont les plus longues s'étendent sur près de 4 siècles. Les productions historiques sont estimées à environ 15 000 tonnes/an ([7 000;25 000]). Les séries historiques de captures sont analysées dans la seconde partie. Leur variabilité temporelle peut être décomposée en trois composantes : de larges cycles pseudo-séculaires, des variations périodiques d'une vingtaine d'années et des fluctuations inter-annuelles. Les fluctuations à moyen et long terme, expliquant plus de la moitié de la variance des séries, sont synchrones à l'échelle du bassin méditerranéen occidental et du proche Atlantique. La variabilité inter-annuelle, en revanche, n'est synchrone qu'à une échelle locale. On montre finalement que les fluctuations à long terme des captures peuvent être considérées comme de bons indices des tendances des abondances de la population de thons rouges migrants en Méditerranée. Une série synthétique est construite pour les décrire. Les processus biologiques et écologiques susceptibles d'être à l'origine de ces fluctuations sont discutés dans la troisième partie. L'hypothèse d'un forçage environnemental à grande échelle est testée en utilisant des indices à long terme de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO), de la longueur du jour (LOD, un indicateur de l'indice de circulation atmosphérique ACI) et de la température. Les analyses spectrales sur les séries de captures, du LOD et des températures révèlent des spectres similaires, avec un pic sur les basses fréquences, alors que celles sur le NAO conduisent à une large bande spectrale. Les régressions et les tests de corrélations ne montrent aucune relation significative entre les captures par les madragues et le NAO et le LOD. En revanche, les fluctuations à long terme des captures apparaissent significativement et négativement corrélées avec les fluctuations à long terme des températures. Les processus sous-jacents susceptibles d'expliquer une telle relation, en particulier des changements migratoires, sont discutés. Finalement, les implications des fluctuations pour la gestion de la pêcherie sont discutées dans une quatrième partie. Un cadre de simulation, couplant un modèle de dynamique de population à une VPA, est élaboré pour tester la pertinence des diagnostics d'évaluation de stock selon différents scénarios d'origine des fluctuations et d'état de la population. Dans l'hypothèse de fluctuations liées à des variations du recrutement, la VPA apparaît capable de reconstruire les fluctuations mais les prédictions sont biaisées lorsqu'il n'est pas tenu compte des fluctuations naturelles du stock. Dans l'hypothèse de fluctuations liées à des changements migratoires, la VPA est alors incapable de reproduire la dynamique de la population. Dans une approche de précaution, les quotas qui en découlent peuvent se révéler au mieux inappropriés, au pire dangereux s'ils sont définis par rapport à un point de référence. Ce concept de point cible, fixe et unique dans le temps, apparaît inapproprié pour le thon rouge ; estimer des "trajectoires de référence" serait sans doute plus pertinent.

Droits : info:eu-repo/semantics/openAccess
http://archimer.ifremer.fr/doc/2003/these-65.pdf
http://archimer.ifremer.fr/doc/00000/65/

Éditeur(s) : Université Paris 7 – Denis Diderot
Résumé : Sea surface salinity (SSS) influences numerous oceanic phenomena, for instance surface water ventilation, deep water formation and thermohaline circulation. SSS also controls some ocean-atmosphere coupled processes, such as the intensity of freshwater flux and the penetration of heat flux and turbulence. Salinity is more difficult to measure than temperature from in situ surveys, which results in 20 times less data being currently available. Moreover, sea surface temperature (SST) is routinely estimated from satellites, which is not possible yet for SSS. Two space missions will fill this gap soon: SMOS from the European Space Agency and Aquarius/SAC-D from NASA and CONAE. To contribute to the SMOS project, we propose a method for estimating SSS from current satellite observations and for studying the mechanisms governing its variability. We developed a simplified model of the ocean mixed layer, based on the "slab mixed layer" formulation (Frankignoul et Hasselmann, 1977). This 2D horizontal model is implemented over the global ocean, using a near 100 km resolution, and integrated during a climatological year. Air-sea fluxes are taken from the ECMWF meteorological model (ERA40 reanalysis) and the surface currents are provided by altimeter data (SSALTO-DUACS analysis). The mixed layer depth (MLD) is derived from SST observations, using an original inversion technique. The MLD fields obtained from this inversion are well correlated to in situ estimates. This effective depth represents the air-sea fluxes penetration and ensures consistency between fluxes, les currents and SST. We first validate the simulation through examination of the heat balance in north-eastern Atlantic, by comparing to measurements and models from the POMME experiment. Then we study the salinity balance in the global domain, in terms of its geographical distribution and seasonal evolution. Equilibrium between the various processes appears generally more complex than for temperature. Noteworthy, the role of atmospheric flux is less predominant (22%), while geostrophic advection (33%) and diapycnal mixing (22%) contribute more strongly. Our results indicate this model succeeds in reconstructing SSS variability over most of the oceans. Daily SSS variations are also simulated, whereas they are not represented in current observed data at a global scale. Owing to its simplicity and fast computation, the model will be useful to the SMOS mission. It can help for the measurement calibration/validation and provide a first guess estimate to the sophisticated algorithm required for SSS restitution.
La salinité de surface des océans (SSS) influence de nombreux phénomènes océaniques, parmi lesquels la ventilation des eaux de surface, la formation d'eaux profondes et la circulation thermohaline. Elle détermine aussi certains processus couplés océan-atmosphère, notamment l'intensité du flux d'eau douce, la pénétration du flux de chaleur et de la turbulence. La mesure in situ de salinité est plus compliquée que celle de température, si bien qu'on dispose actuellement de 20 fois moins de données pour cette propriété. De plus, la température de surface (SST) est couramment estimée par satellite, ce qui n'est pas encore le cas de la SSS. Deux missions spatiales vont prochainement combler cette lacune : le satellite SMOS de l'Agence Spatiale Européenne et le satellite Aquarius/SAC-D de la NASA et de la CONAE. En préparation du projet SMOS, nous proposons une méthode pour estimer la SSS à partir des observations satellitaires actuelles et étudier les mécanismes de sa variabilité. Nous avons développé un modèle simplifié de couche mélangée océanique, basé sur la formulation "slab mixed layer" (Frankignoul et Hasselmann, 1977). Ce modèle 2D horizontal est implémenté sur l'océan global, avec une résolution proche de 100 km, et intégré au cours d'une année climatologique. Les flux air-mer proviennent du modèle météorologique ECMWF (réanalyse ERA40) et les courants de surface sont issus de l'altimétrie (analyse SSALTO-DUACS). La profondeur de la couche mélangée (MLD) est dérivée des observations de SST, grâce à une technique d'inversion originale. La MLD obtenue par inversion est bien corrélée aux estimations basées sur des données in situ. Cette profondeur effective représente la pénétration des flux air-mer et assure la cohérence entre les flux, les courants et la SST. La simulation est d'abord validée en examinant le bilan de chaleur dans l'Atlantique Nord-Est, par comparaison aux mesures et aux modèles de l'expérience POMME. Puis le bilan de salinité est étudié dans le domaine global, en termes de distribution géographique et d'évolution saisonnière. L'équilibre entre les différents processus est généralement plus complexe que pour la température. Notamment, le rôle du flux atmosphérique est moins prépondérant (22%), tandis que l'advection géostrophique (33%) et le mélange diapycnal (22%) contribuent fortement. Nos résultats montrent que ce modèle parvient à restituer la variabilité de la SSS sur la majeure partie des océans. Le modèle simule aussi les variations journalières de SSS, qui ne sont pas représentées à l'échelle globale dans les observations actuelles. Grâce à sa simplicité et à sa rapidité, le modèle pourra être utile dans le cadre de SMOS. Il pourra aider à la calibration/validation de la mesure et fournir une estimation a priori pour l'algorithme complexe nécessaire à la restitution de la SSS.

Droits : info:eu-repo/semantics/openAccess
http://archimer.ifremer.fr/doc/2006/these-2302.pdf
http://archimer.ifremer.fr/doc/00000/2302/

Éditeur(s) : Springer
Résumé : We present the global general circulation model IPSL-CM5 developed to study the long-term response of the climate system to natural and anthropogenic forcings as part of the 5th Phase of the Coupled Model Intercomparison Project (CMIP5). This model includes an interactive carbon cycle, a representation of tropospheric and stratospheric chemistry, and a comprehensive representation of aerosols. As it represents the principal dynamical, physical, and bio-geochemical processes relevant to the climate system, it may be referred to as an Earth System Model. However, the IPSL-CM5 model may be used in a multitude of configurations associated with different boundary conditions and with a range of complexities in terms of processes and interactions. This paper presents an overview of the different model components and explains how they were coupled and used to simulate historical climate changes over the past 150 years and different scenarios of future climate change. A single version of the IPSL-CM5 model (IPSL-CM5A-LR) was used to provide climate projections associated with different socio-economic scenarios, including the different Representative Concentration Pathways considered by CMIP5 and several scenarios from the Special Report on Emission Scenarios considered by CMIP3. Results suggest that the magnitude of global warming projections primarily depends on the socio-economic scenario considered, that there is potential for an aggressive mitigation policy to limit global warming to about two degrees, and that the behavior of some components of the climate system such as the Arctic sea ice and the Atlantic Meridional Overturning Circulation may change drastically by the end of the twenty-first century in the case of a no climate policy scenario. Although the magnitude of regional temperature and precipitation changes depends fairly linearly on the magnitude of the projected global warming (and thus on the scenario considered), the geographical pattern of these changes is strikingly similar for the different scenarios. The representation of atmospheric physical processes in the model is shown to strongly influence the simulated climate variability and both the magnitude and pattern of the projected climate changes.
Climate Dynamics (0930-7575) (Springer), 2013-05 , Vol. 40 , N. 9-10 , P. 2123-2165

Droits : The Author(s) 2013. This article is published with open access at Springerlink.com
http://archimer.ifremer.fr/doc/00138/24966/23079.pdf
DOI:10.1007/s00382-012-1636-1
http://archimer.ifremer.fr/doc/00138/24966/

Éditeur(s) : Pergamon-elsevier Science Ltd
Résumé : The south-west lagoon of New Caledonia is a wide semi-open coral reef lagoon bounded by an intertidal barrier reef and bisected by numerous deep inlets. This paper synthesizes findings from the 2000-2008 French National Program EC2CO-PNEC relative to the circulation and the transport of suspended particles in this lagoon. Numerical model development (hydrodynamic, fine suspended sediment transport, wind-wave, small-scale atmospheric circulation) allowed the determination of circulation patterns in the lagoon and the charting of residence time, the later of which has been recently used in a series of ecological studies. Topical studies based on field measurements permitted the parameterisation of wave set-up induced by the swell breaking on the reef barrier and the validation of a wind-wave model in a fetch-limited environment. The analysis of spatial and temporal variability of suspended matter concentration over short and long time-scales, the measurement of grain size distribution and the density of suspended matter (1.27 kg 1(-1)), and the estimation of erodibility of heterogeneous (sand/mud, terrigenous/biogenic) soft bottoms was also conducted. Aggregates were shown to be more abundant near or around reefs and a possible biological influence on this aggregation is discussed. Optical measurements enabled the quantification of suspended matter either in situ (monochromatic measurements) or remotely (surface spectral measurements and satellite observations) and provided indirect calibration and validation of a suspended sediment transport model. The processes that warrant further investigation in order to improve our knowledge of circulation and suspended sediment transport in the New Caledonia lagoon as well as in other coral reef areas are discussed, as are the relevance and reliability of the numerical models for this endeavour.
Marine Pollution Bulletin (0025-326X) (Pergamon-elsevier Science Ltd), 2010 , Vol. 61 , N. 7-12 , P. 269-296

Droits : 2010 Elsevier Ltd All rights reserved.
http://archimer.ifremer.fr/doc/00014/12526/9401.pdf
DOI:10.1016/j.marpolbul.2010.06.023
http://archimer.ifremer.fr/doc/00014/12526/

Éditeur(s) : HAL CCSD Coastal Education and Research Foundation
Résumé : The south part nearshore zone of the Gulf of Lions coast (Mediterranean Sea) is characterized by a double crescentic sandbar system. During the winter 2007, a campaign of intensive hydrodynamical measurements (current profiles) was realized. During this campaign, based mainly on ADCPs, the maximal recorded wave height was 1.5 m. Four events were observed; two of those had northern incidence, one with southern incidence and a last one with frontal incidence. This paper proposes 3D hydrodynamical circulation maps over this microtidal bar system. The currents described reveals rip, bed-return and longshore currents strongly influenced by the wind-waves forcing and the bathymetry. At the apex of the oblique incidence events, the longshore component is the most important. The breaker zone is only located over the inner bar. During storm waning conditions, the cross-shore currents appear over the trough of the outer bar. The hydrodynamic circulation is then compared with other observations made in the literature.
ISSN: 0749-0208
Szczecin, Poland

hal-00767593
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00767593