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Description générale de la mer Méditerranée Orientale
Localisation et topographie
La Mer Méditerranée est une mer semi fermée (Fig.1.1), située entre 30°N et 45°N (~800 km) et entre 6° W et 36° E (~4000 km). Elle est connectée à l’Océan Atlantique par le Détroit de Gibraltar large d’environ 15 km et dont le seuil le moins profond est situé à 350 m. La Mer Méditerranée est caractérisée par un talus continental abrupt sur une majeure partie de son pourtour. La Méditerranée est subdivisée en trois parties principales : la Méditerranée occidentale, la Méditerranée orientale et la Mer Noire [Tchernia (1980)]. Chaque partie est elle-même formée de plusieurs bassins.
La Méditerranée occidentale est formée de quatre principaux bassins : la Mer d’Alboran, le Bassin Algérien, le Bassin Liguro-Provençal et la Mer Tyrrhénienne. La Méditerranée occidentale est séparée de la Méditerranée orientale par le Détroit de Sicile d’une profondeur de 430 m. La Méditerranée orientale comprend quatre bassins principaux: Le Bassin Ionien (BI) et le Bassin Levantin (BL) séparés par le Passage de Crète, la Mer Egée entre la Crète et les Dardanelles et la Mer Adriatique. Le passage de Crète consiste en un seuil situé au Sud de l’île de Crète et profond d’environ 2000 m. Le BI communique avec la Mer Adriatique par le Détroit d’Otrante d’une largeur de ~75 km dont le seuil est à ~800 m. Le BI est relié à la Mer Egée par plusieurs détroits peu profonds à l’Ouest de l’Arc de la Crète (Antikythira : profond de 700 m et large de 32 km ; Kythira :profond de 160 m et large de 33 km ). Il convient de signaler la chaîne sous marine de 800 m à l’Est de Malte car elle sépare le BI en deux sous bassins : Nord Ionien et Sud Ionien. Le BL est la limite Est de la Méditerranée. Ce bassin atteint une profondeur moyenne de 2500-3000 m (Fig.1.2). Ses principaux sous-bassins sont le Bassin de Rhodes (4000 m), le Bassin d’Antalya (2500 m), le Bassin de Cilicie (1000 m), le Bassin de Lattaquié (1500 m) et les champs abyssaux d’Herodotus (3500 m). Les reliefs topographiques sont les monts sous-marins d’Anaximander (1500 m entre Rhodes et Antalya) et d’Eratosthenes (1000 m au Sud de Chypre). Le BL est connecté à la Mer Egée par les détroits d’Est de l’Arc de la Crète (Rhodes : dont le seuil est de 350 m et large de 17 km ; Karapathos : 850 m et 43 km ; Kassos : 1000 m et 67 km). La mer Egée est reliée à la Mer Noire par le Passage des Dardanelles, la Mer de Marmara, et le Détroit du Bosphore d’une profondeur d’environ 50 m [Balopoulos et al. (1999); Özsoy et al. (1989)].
Climat
Le principal moteur de la machine thermodynamique responsable de la circulation thermohaline méditerranéenne est le climat. La position de moyenne latitude met la Méditerranée sous l’influence de divers régimes climatiques continentaux, maritimes, polaires et tropicaux (Fig.1.3) [Béthoux (1980)]. Un système de fronts atmosphériques, entre le Nord et le Sud de la Mer Méditerranée, résulte de plusieurs facteurs :
➤ la position des massifs continentaux au Nord de l’Afrique et au Sud de l’Europe.
➤ la présence des régions caractérisées par un climat polaire au Nord du bassin et un climat aride passant même à un climat désertique dans les régions Sud et Sud-Est.
➤ la cellule de Hadley dont la frontière Nord atteint le Sud de la Méditerranée. La Méditerranée est caractérisée par des précipitations faibles et une forte évaporation toute l’année. Ceci s’accompagne d’une perte de chaleur et de masse importante. La perte de masse par l’évaporation n’est pas compensée par l’apport des rivières et les précipitations. Ce qui donne un bilan E-P positif de 0.7 à 0.95 m/an [Tchernia (1980)], bilan toujours positif soumis toutefois à des variations non négligeables. La variabilité saisonnière entre l’hiver et l’été est nettement marquée sur l’ensemble de la Méditerranée .
Hiver
Le climat hivernal de la Méditerranée est relativement peu froid et humide à l’exception des régions du Sud soumises à un climat aride. L’hiver de la Méditerranée est caractérisé par le vent du Nord et Nord-Ouest (transportant de l’air polaire des hautes latitudes) dominant l’ensemble du bassin. Le Mistral, en particulier le vent de Nord-Ouest très froid et sec, souffle fort sur la Méditerranée occidentale où sa signature peut atteindre le Détroit de Sicile. Les vents du Nord soufflent sur la Mer Egée et le bassin Levantin. Les régimes de Poyras (Nord-Est) et Sirocco (Sud Ouest) avec un cyclone extra-tropical dominent le Sud du bassin en hiver [Özsoy (1993)].
Eté (Fig.1.4b)
Pendant l’été, la Méditerranée est soumise à un climat de type tropical caractérisé par le réchauffement de la couche superficielle océanique malgré l’intense évaporation. La température de surface devient très élevée de 22 à 26°c en allant d’Ouest en Est [Madec (1990)]. Une thermocline saisonnière se forme séparant deux couches océaniques bien marquées. Le champ de vent montre une extrême variabilité entre les saisons. En été, le régime de vents en général est méridional. Les vents Etésiens dominent au Nord de la Méditerranée orientale et sont intenses. Par contre, la Méditerranée occidentale a un régime de vent faible associé à un rotationel positif.
Masses d’eau
Masses d’eau
Jusqu’aux années 80s, les données hydrologiques pour la Méditerranée orientale montrent l’existence de trois masses d’eau permanentes (Fig.1.5A): l’eau atlantique (AW) , l’eau levantine intermédiaire (LIW) formée au Nord du Bassin Levantin et l’eau profonde de la Méditerranée Est (EMDW) formée essentiellement au Sud de l’Adriatique [Lacombe & Tchernia (1972); Malanotte-Rizzoli & Hecht (1988); Wüst (1961 ); Zavatarelli & Mellor (1995)]. A partir de 1987, on a observé l’introduction dans le BL et le BI des eaux intermédiaires et profondes d’origine égéenne appelées plus tard l’eau de Crète intermédiaire et profonde (CIW, CDW respectivement) dans la Méditerranée Est (Fig.1.5B et Fig.1.6).
AW : C’est une masse d’eau relativement légère (σ~27 à 28.8 kg.m-3) et peu salée qui occupe presque toute la couche superficielle de la Méditerranée. Son épaisseur diminue d’Ouest en Est de 300 m au Sud-Ouest du Bassin Algérien à quelques dizaines de mètres au Nord-Est du Bassin Levantin [Tchernia (1980)]. L’AW est identifiable par son minimum de salinité d’environ ~36.2 à l’entrée du Détroit de Gibraltar, qui augmente jusqu’à ~38.6 dans le Bassin Levantin [Lacombe & Tchernia (1972); Lascaratos et al. (1999); Malanotte-Rizzoli & Hecht (1988); Malanotte-Rizzoli et al. (1997 ); Özsoy et al. (1989)]. Pendant l’été, cette masse d’eau peut être trouvée en sub-surface dans le BL d’une densité de σ~27.8-28.8 kg.m-3 [MalanotteRizzoli et al. (1997)].
LIW : C’est l’eau la plus répandue dans la Méditerranée, elle est caractérisée par un maximum de salinité en sub-surface (S~38.95-39.05) et une température potentielle de l’ordre de 15-17°C. Elle constitue une couche épaisse située entre 100 m et 700 m environ limitée par les isopycnes de 28.8 et 29.10 dans le BL et 29.10 et 29.15 dans le BI [Castellari et al. (2000); Kress et al. (2003 )]. Sa salinité et sa température diminuent en allant vers l’Ouest de la Méditerranée sous l’effet du mélange avec l’AW et l’eau profonde [Lascaratos et al. (1999 ); Özsoy (1993); Tchernia (1980); The LIWEX Group (2003)].
CIW : Cette masse d’eau a été découverte dans les années 1980s dans le bassin de Crète au Sud de la mer Egée. Ses caractéristiques hydrologiques sont proches de celles de LIW. La CIW se distingue par sa température plus froide de 14.5-15.5°C, par sa forte salinité (S~38.9- 39.1) en sub-surface (50-400 m) et par une densité de l’ordre de σθ~29.15 kg.m-3 dans la mer de Crète et 28.8-29.10 kg.m-3 dans le BI et le BL [Balopoulos et al. (1999); Georgopoulos et al. (2000); Malanotte-Rizzoli et al. (1999 ); Theocharis et al. (1999a); Theocharis et al. (2002)].
EMDW : Jusqu’au début des années 1990s, les couches profondes (>1000 m) de la Méditerranée orientale étaient considérées comme étant occupées par une masse d’eau relativement homogène appelée eau profonde de la Méditerranée orientale (EMDW). C’est une masse d’eau dense (σθ>29.10 kg.m-3) due à sa température de 13.5°C et sa salinité de l’ordre de 38.7. Sa source principale est l’eau Adriatique profonde (ADW pour ‘Adriatic Deep Water’) [Malanotte-Rizzoli et al. (1997); Manca & Bregant (1998); Wüst (1961)].
ADW : L’eau profonde d’Adriatique est une masse d’eau froide (θ~12°C), dense (σθ~29.1-29.15 kg.m-3), et peu salée (S< 38.5). Elle coule du détroit d’Otrante et plonge au fond du BI. Elle constitue une partie importante de l’EMDW [Lacombe & Tchernia (1972); Manca & Bregant (1998); Manca (2002); Wüst (1961)].
Formation des masses d’eau
La circulation thermohaline de la Méditerranée est forcée par le bilan négatif des flux de chaleur et de masse à la surface (eau douce et chaleur). Traditionnellement, cette circulation est décrite par une cellule principale ouverte sur l’Océan Atlantique (orientée d’Ouest en Est) et deux cellules secondaires fermées (orientées du Nord au Sud). La grande cellule transforme l’AW en eau plus froide et plus salée, la LIW. Les deux autres cellules transforment les eaux de surface et intermédiaire en eaux plus froides et plus lourdes qui occupent le fond du bassin : la WMDW dans la Méditerranée occidentale et l’EMDW dans la Méditerranée orientale (Fig.1.7a). Après les années 1985-1987, la cellule secondaire de la Méditerranée orientale a subi certains changements, comme le déplacement (dit transitoire) de la source principale de l’EMDW de la mer Adriatique à la mer Egée (Fig.1.7b). Les principaux sites de formation des masses d’eaux méditerranéennes sont le Golfe du Lion, la Mer Adriatique, le Sud de la Mer Egée (le bassin de Crète) et le Nord du Bassin Levantin [Béthoux (1980); Lascaratos et al. (1999)].
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Table des matières
Introduction
I Description générale de la mer Méditerranée Orientale
I.1 Localisation et topographie
I.2 Climat
I.2.1 Hiver
I.2.2 Eté
I.3 Masses d’eau
I.3.1 Masses d’eau
I.3.2 Formation des masses d’eau
I.3.2.1 La LIW
I.3.2.2 L’eau de Crète intermédiaire (CIW)
I.3.2.3 L’eau profonde de la Méditerranée Est (EMDW)
I.3.3 Le phénomène d’EMT
I.4 La circulation générale des masses d’eau
I.4.1 La circulation superficielle
I.4.1.1 Le Bassin Ionien (BI)
I.4.1.2 Le Bassin Levantin (BL)
I.4.2 La circulation intermédiaire
I.4.3 La circulation profonde
I.5 Transport aux détroits
I.5.1 Détroit de Sicile
I.5.2 Détroit d’Otrante
I.5.3 Passages de l’Arc de Crète
I.6 Etude de la variabilité de la circulation de la mer Méditerranée Orientale
I.6.1 La variabilité saisonnière
I.6.1.1 Le bassin Ionien
I.6.1.2 Le bassin Levantin
I.6.2 La variabilité interannuelle
I.7 Modélisation numérique de la circulation Méditerranéenne
I.7.1 POM (Princeton Ocean Model)
I.7.2 GFDL-MOM (GFDL-Modular Ocean Model)
I.8 L’activité à méso-échelle
I.8.1 Les tourbillons dans le Bassin Ionien central
I.8.2 Les tourbillons du Sud du BI
I.8.3 Le tourbillon de Pélops (PA)
I.8.4 Les tourbillons du Sud du BL
I.8.5 Le tourbillon de Lattaquié
I.8.6 Les tourbillons associés au AMC
I.8.7 L’anticyclone d’Ierapetra (IPA)
I.8.8 Le MMJ comme structure de méso-échelle
I.9 Conclusion
II Les différents types de données disponibles
II.1 Satellites
II.2 In situ
II.3 Le modèle MED16
II.3.1 Les équations primitives du modèle OPA
II.3.2 Définition du domaine de la maquette MED16
II.3.3 Conditions initiales
II.3.4 Conditions aux limites à l’interface air-mer
II.3.4.1 Forçage thermique
II.3.4.2 Forçage halin
II.3.4.3 Forçage mécanique
II.3.5 Description des différentes simulations MED16
II.3.5.1 Simulations avec des forçages atmosphériques relatifs à la période
postérieure à mars 1998
II.3.5.2 Simulations climatiques avec un forçage interannual de plus de 15 ans
III Validation des simulations MED16
III.1 Introduction
III.2 Bilan énergétique sur le domaine
III.3 Contenu thermique
III.4 Contenu halin
III.5 Caractéristiques des masses d’eau de la Méditerranée Orientale
III.5.1 Masses d’eau du bassin Méditerranée Oriental
III.5.2 Formation des masses d’eaux
III.5.2.1 ISW et LSW
III.5.2.2 LIW
III.5.2.3 CIW
III.5.2.4 ADW
III.5.2.5 LDW
III.5.2.6 CDW
III.6 Fonction de courant zonale
III.7 Fonction de courant barotrope
III.8 Transport à travers les détroits
III.8.1 Détroit de Sicile
III.8.2 Détroit d’Otrante
III.8.3 Passages à l’Ouest de l’arc de Crète
III.8.4 Passages à l’Est de l’Arc de Crète
III.9 Conclusion
IV Analyse de la circulation dans le bassin Ionien
IV.1 Introduction
IV.2 La circulation superficielle
IV.2.1 La circulation superficielle moyenne
IV.2.2 L’activité à méso-échelle
IV.2.2.1 Les anticyclones dans le BI central
IV.2.2.2 Les tourbillons du Sud du BI
IV.2.2.3 Le tourbillon de Pélops (PA)
IV.2.2.4 L’upwelling du Sud de la Sicile
IV.2.3 Comparaison avec des images SST
IV.2.4 La variabilité saisonnière de la circulation dans le BI
IV.2.4.1 En hiver
IV.2.4.2 En été
IV.2.5 La variabilité interannuelle de la circulation
IV.3 La circulation intermédiaire
IV.4 Conclusion
V Analyse de la circulation dans le Bassin Levantin
V.1 Introduction
V.2 La circulation superficielle
V.2.1 La circulation superficielle moyenne
V.2.2 L’activité à méso-échelle
V.2.2.1 L’anticyclone d’Ierapetra (IPA)
V.2.2.2 Le MMJ et ses subdivisions
V.2.2.3 Tourbillons du Sud du BL
V.2.2.4 Tourbillons de l’Est du BL
V.2.2.5 Tourbillon de Lattaquié (LG)
V.2.2.6 Tourbillons associés à l’AMC
V.2.3 Comparaison avec les images SST
V.2.4 La variabilité Saisonnière de la circulation dans le BL
V.2.4.1 En hiver
V.2.4.2 En été
V.2.4.3 La variabilité de l’interaction d’AMC/LG
V.2.5 La variabilité inter-annuelle de la circulation
V.3 La circulation intermédiaire
V.4 Conclusion
Conclusions et perspectives
Références
Annexes
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