Cécile Davrinche, thèse réalisée au LSCE sous la direction d’Anaïs Orsi, Cécile Agosta et Valérie Masson-Delmotte (HDR) (soutenue le 17 Décembre 2024 au Lumen)
Thèse de doctorat de l’Université Paris-Saclay, soutenue le 17 Décembre 2024 au Lumen.
Jury composé de : Sébastien FROMANG, (Examinateur), Directeur de recherche au LSCE • Thomas BRACEGIRDLE (Rapporteur), Directeur de recherche au British Antarctic Survey, UK • Chantal STAQUET (Rapportrice), Directrice de recherche au LEGI • Fleur COUVREUX (Examinatrice), Directrice de recherche au CNRM • Etienne VIGNON (Examinateur), Chargé de recherche au LMD
Les vents de surface en Antarctique sont les vents les plus intenses et les plus persistants sur terre. Ces vents ont un impact majeur sur le climat de surface en Antarctique : ils perturbent l’inversion de surface, causant un réchauffement apparent, ils sont très secs et contribuent à l’évaporation de la précipitation avant qu’elle n’arrive sur le sol, et ils transportent de la neige de surface, affectant le bilan de masse de surface. La majorité des modèles climatiques globaux n’ont ni la résolution ni les processus nécessaires pour modéliser correctement ces vents, et il en résulte des biais importants dans la simulation du climat de surface en Antarctique ainsi qu’un manque de compréhension des mécanismes qui régissent leurs variations.
Les vents Antarctiques sont dirigés par les gradients de pression de grande échelle (passage de tempête, blocages, jets) ainsi que par des gradients de pression additionnels induits par les processus de surface, notamment liés au refroidissement radiatif des surfaces englacées (gradient de pression catabatique et vent thermique). Cette thèse vise à mieux comprendre et quantifier l’impact de ces deux familles de forçages qui font varier le vent en Antarctique. Pour cela, j’ai développé une méthode originale permettant de calculer les différentes accélérations contribuant au bilan de quantité de mouvement, à une résolution temporelle de 3 heures, à partir des sorties du modèle atmosphérique régional polaire MAR. Via la quasi-geostrophicité des vents en Antarctique à l’échelle horaire, je quantifie directement la contribution de chacune des accélérations au vent total.
Dans un premier temps, j’ai cherché à comprendre et à quantifier la variabilité temporelle des vents de surface sur la période récente (2010-2020) et à la relier à la variabilité des forçages de grande échelle et de surface. Je montre notament que l’angle entre ces deux forçages est un paramètre clé pour la comprehension de l’intensité et de la variabilité des vents en Antarctique.
Dans un deuxième temps, j’étudie l’impact du changement climatique sur les vents de surface Antarctique au cours du 21 siècle, en reliant les changements de vent en Antarctique aux changements de forçages de surface et de grande échelle pour le scenario SSP5-8.5, défini par le GIEC comme un scenario de fortes émissions de gaz à effet de serre. Pour cela, j’utilise des simulations de MAR forcé par 4 modèles de climats globaux de la base CMIP6, auxquels j’applique la méthode de décomposition à une résolution de 3 heures, ce qui me permet de quantifier l’influence des différents forçages aux changements de vitesse du vent. Je mets en évidence les zones de changement significatif des vents d’ici 2100, notamment une intensification du vent en Terre Adélie et sur la plateforme de glace de Ross, et un affaiblissement dans les régions de Pine Island Glacier et de la plateforme de glace de Ronne. Je relie l’intensifications du vent à des changements de gradient de pression à grande échelle, tandis que les affaiblissements sont liés à des changements de gradients de pression de surface (catabatiques et vent thermique) en l’absence d’intensification de grande échelle.
Mon travail apporte des connaissances nouvelles sur le vent en Antarctique, qui est un paramètre clé pour le cycle de l’eau atmosphérique et le bilan de masse de surface de la calotte. Il démontre l’importance des processus de surface pour quantifier la variabilité et les tendances du vent de surface, et apporte de nouvelles contraintes pour améliorer les paramétrisations de la couche limite polaire dans les modèles de climat globaux.
