Impact de la variabilité atmosphérique interannuelle et du changement climatique sur la formation et l’exportation d’eau dense sur le plateau du golfe du Lion

Dans certaines régions côtières des océans mondiaux (voir paragraphe 2.2.2), les conditions atmosphériques hivernales peuvent en effet être à l’origine de la formation de masses d’eaux particulièrement denses [Ivanov et al., 2004; Durrieu de Madron et al., 2005]. Ces masses d’eau dense coulent par gravité le long du talus continental, entraînant avec elles au fond des océans de grandes quantités de sédiments et de ma- tière organique. Ce processus de cascading d’eau dense contribue ainsi au stockage du carbone dans l’océan profond.Plusieurs épisodes de cascading d’eau dense ont été observés dans les canyons qui incisent le talus continental du golfe du Lion [Durrieu de Madron et al., 2005; Bé- thoux et al., 2002a; Canals et al., 2007], une zone d’accès relativement aisé pour les campagnes océanographiques et où les apports continentaux et la productivité bio- logique sont élevés, dus notamment à la présence du Rhône. L’eau dense cascadant le long des canyons vers l’océan profond entraîne avec elle des masses importantes de sédiments et de matière organique, influençant alors le fonctionnement des écosys- tèmes marins profonds et les caractéristiques géologiques des canyons [Monaco et al., 1990; Béthoux et al., 2002a; Palanques et al., 2006; Gaudin et al., 2006; Heussner et al., 2006; Canals et al., 2007]. D’après Heussner et al. [2006], le cascading serait majoritairement responsable de l’exportation de matière particulaire vers les zones profondes du golfe du Lion, et expliquerait sa variabilité interannuelle. Ces auteurs soulignent cepedant que les données disponibles n’ont pas permis d’établir de rela- tion causale claire.Quelques évaluations chiffrées des volumes d’eau et de matière organique transpor- tés vers le fond ont été effectuées pour les hivers 1998-99 et 2004-05 ainsi que pour la période 1993-2001 par Durrieu de Madron et al. [2005], Béthoux et al. [2002a], Heussner et al. [2006], Palanques et al. [2006] et Canals et al. [2007]. Une première étude expérimentale de la variabilité spatiale et temporelle des transferts de matière entre le plateau et le large a été réalisée par Heussner et al. [2006]. En outre, des études numériques ont été menées par Dufau-Julliand et al. [2004] et Ulses et al. [2008] pour les hivers 1998-99 et 2004-05, montrant que le modèle utilisé, SYM- PHONIE, était capable de reproduire correctement les caractéristiques principales d’épisodes de cascading réel. Un des objectifs de l’article présenté dans ce chapitre est d’utiliser ce modèle afin de fournir des estimations des volumes annuels d’eau formée et transportée vers le large et le fond, et d’évaluer leur variabilité interan- nuelle, ce qui permettrait de compléter le travail de Heussner et al. [2006].Somot et al. [2006] ont montré que le changement climatique pourrait affaiblir no- tablement la convection profonde au large du golfe du Lion ainsi que la formation d’eau dense associée d’ici la fin du XXIème siècle. Le phénomène de cascading étant largement conditionné par les conditions atmosphériques, on peut s’attendre à cequ’il soit également affecté par le changement climatique. Le second objectif de l’ar- ticle qui suit est de proposer une première quantification des éventuels effets du changement climatique sur ce processus.Pour cela, nous réalisons une étude numérique tridimensionnelle afin d’étudier les effets de la variabilité atmosphérique interannuelle et du changement climatique sur la formation et l’exportation d’eau dense sur le plateau du golfe du Lion. Les outils et la stratégie de modélisation adoptés sont présentés dans la partie 9.2. Les effets de la variabilité atmosphérique interannuelle sont étudiés dans la partie 9.3, où nous quantifions la formation et l’exportation d’eau dense pour un groupe d’années de la période actuelle. Les aspects géographiques de l’exportation sont également exami- nés, et les résultats obtenus en termes de volumes et de localisation sont comparés avec les observations disponibles. Une quantification et une interprétation des effets du changement climatique sont proposées dans la partie 9.4, où nous étudions la formation et l’exportation d’eau dense pour un groupe d’années à la fin du XXIème siècle. Les résultats obtenus pour les deux groupes d’années dans les parties 9.3 et 9.4 sont extrapolés à l’ensemble des 30 années de chaque période correspondante, actuelle et future. Les incertitudes de cette étude sont examinées dans la partie 9.6.

La méthode de modélisation utilisée par Somot et al. [2006] est rappelée dans le paragraphe 9.2.1 : le modèle climatique océanique régional (ORCM) OMAPED8 est forcé à la surface par le modèle climatique atmosphérique régional (ARCM) ARPEGE-Climat, sur toute la zone méditerranéenne. Ces deux modèles régionaux sont forcés par un modèle climatique global couplé océan-atmosphère (OAGCM). Cette méthode est utilisée pour réaliser une simulation de 140 ans (1960-2100), en suivant les hypothèses du scénario A2 de l’IPCC [IPCC , 2001, International Pa- nel on Climate Change], ce qui permet d’étudier l’impact potentiel du changement climatique dans les principaux bassins méditerranéens. Les effets sur les processus régionaux et côtiers ne sont pas abordés. Dans le chapitre 7, nous avons montré que la résolution de 1/8◦ de OPAMED8 ne permettait pas de résoudre les proces- sus de méso-échelle, qui jouent un rôle important dans le devenir de l’eau dense en Méditerranée nord-occidentale. L’utilisation du modèle de plus haute résolution SYMPHONIE, forcé aux frontières ouvertes par OPAMED8, permet en revanche de représenter correctement ces processus. Par ailleurs, nous avons montré dans le chapitre 8 qu’augmenter la résolution du forçage atmosphérique améliorait notable- ment la modélisation océanique dans le golfe du Lion. La résolution de l’ARCM utilisé par Somot et al. [2006] est la même que celle du forçage de haute résolution du chapitre 8. Il parait donc opportun d’utiliser le modèle SYMPHONIE, forcé aux limites par les résultats de l’ORCM OPAMED8 et de l’ARCM ARPEGE-Climat, afin d’étudier le processus de cascading dans le golfe du Lion. Pour des raisons tech- niques, il n’est cependant pas possible d’effectuer une simulation de 140 ans avec SYMPHONIE. Deux groupes de 7 années sont donc sélectionnés dans les périodes actuelle (1961-1990) et future (2071-2100) à partir de flux atmosphériques hivernaux de chaleur. Le principe de cette sélection est expliqué dans le paragraphe 9.2.1. 14 simulations régionales sont effectuées avec SYMPHONIE, correspondant aux 14 an- nées sélectionnées. Les 140 ans de la simulation de grande échelle parmi lesquels sont sélectionnées ces années correspondent à la réalité d’un point de vue climatologique, mais pas d’un point de vue chronologique (par exemple, l’année 1967 correspond uniquement à la 8ème année de cette simulation).