Variabilités en Méditerranée

La mise en évidence des variabilités de la surface moyenne nécessite la détermination de surfaces moyennes de résolutions temporelles différentes, correspondant aux échelles de temps des phénomènes à étudier. Ces surfaces doivent être de plus de précisions comparables, notamment au niveau de leur positionnement, afin d'effectuer des comparaisons entre les surfaces qui refléteront les variations du niveau moyen de la mer au cours du temps. La précision centimétriques des différentes surfaces a été obtenue à partir des mesures altimétriques de TOPEX/Poseidon et grâce à l'application de la méthode des arcs courts. Nous présentons ici la quantification de l'évolution saisonnière du niveau moyen de la Méditerranée ainsi que la mise en évidence, principalement qualitative, des variabilités "instantanées" et localisées (courants, zones tourbillonnaires, ...).

Analyse du signal saisonnier

La variabilité saisonnière de la surface moyenne en Méditerranée peut provoquer des différences de niveau moyen pouvant atteindre plus de 15 cm (pic à pic, entre l'automne et l'hiver). La quantification de ces effets a été obtenue avec une précision sub-centimétrique grâce à un positionnement des différentes surfaces moyennes d'une grande qualité. En revanche, l'étude de phénomènes variables sur une échelle de temps inférieure à la saison (9 cycles) est difficile à réaliser avec une précision équivalente. En effet, la moyennisation des différentes erreurs (principalement les erreurs d'orbite) sera de moins bonne qualité.

Les différences moyennes des profils instantanés (par cycle) par rapport aux profils moyens de la surface annuelle ont été déterminées et sont présentées Figure 1 (partie haute): Travaux en collaboration avec le GRGS/Toulouse (A. Cazenave). Cette figure permet de mettre en évidence la forme générale de l'évolution du niveau moyen de la Méditerranée au cours de années. Après élimination du signal annuel et semi annuel on peut mettre en évidence des tendances "séculaires" (Figure 1, partie basse) même si, sur des périodes de temps aussi courtes, cette tendance peut être bien entendu perturbée par des évenements à l'échelle de plusieurs années. La Figure 2 quant à elle permet de visualiser les différences géographiques dans la tendance séculaire d'évolution du niveau moyen.

Le signal et l'amplitude de l'évolution du niveau moyen en Méditerranée semble être en accord avec l'effet de dilatation thermique de la surface de la mer. Ce phénomène est d'autant plus important que la Méditerranée est un bassin presque fermé ce qui contraint l'eau à se dilater principalement dans la direction verticale.

La différence maximale observée (Figure 1) se situe en automne et est probablement due au réchauffement estival de la couche de surface. En effet, le contenu thermique de la couche 0-100 m est au maximum en octobre et novembre, alors que la température de surface a déjà diminuée. L'évaluation de l'amplitude de cet effet se fait à partir de la formule dV/V=b.dT où b est le coefficient de dilatation, qui est égal à environ 2.5 10-4 deg.C-1 pour les valeurs de salinité et de température trouvées dans le bassin occidental (V et T représentent respectivement le volume et la température). En faisant l'approximation dV/V=dH/H (bassin fermé), où H représente l'épaisseur de la couche d'eau considérée, la variation de la hauteur d'eau serait de 12 cm pour un écart de température de 10 deg.C (pour H=50 m).

L'effet de dilatation de l'eau en fonction de la température n'est certainement pas la seule cause de l'évolution saisonnière du niveau moyen de la Méditerranée [Larnicol et al., 1995] mais son influence semble être prépondérante. Une analyse plus approfondie de ces variations saisonnières, notamment par la comparaison à des courbes de température de la mer en Méditerranée, sera menée dans le futur en collaboration avec les océanographes.

Le signal saisonnier peut aussi être représenté sous forme de cartes (Figure 3). Ceci permet de mettre en évidence des différences localisées par rapport au comportement global du signal saisonnier présenté en Figure 1. Ces cartes sont issues des différences entre la surface moyenne annuelle (dec. 92 - dec. 95) et les surfaces moyennes saisonniéres. Une animation de ces variations saisonnières est aussi disponible.

L'analyse des mesures altimétriques de TOPEX/Poseidon sur 5 ans (Septembre 1992 à Octobre 1997, cycles 1 à 186) a permis de réaliser l'animation suivante : Il s'agit de l'évolution du niveau de la mer en zone méditerranéenne cycle par cycle (10 jours). On notera les pics particulièrement importants durant l'automne et le début de l'hiver 1995 et 1996 (voir aussi Figure 1).

Cliquez sur l'image ci-dessous pour l'animation en GIF animé.

Cliquez ici pour l'animation de la figure ci-dessus au format Quick Time movie (~8 Mb).

Figure 1.  Variations saisonnières du niveau moyen en Méditerranée entre décembre 1992 et octobre 1997 (en haut). Dérive du niveau moyen sur la même période après élimination des cycles annuel et semi-annuel (en bas). Travaux en collaboration avec le GRGS/Toulouse (A. Cazenave).

Figure 2. Cartographie des dérives du niveau moyen.

Figure 3. Variations saisonnières du niveau "moyen" de la Méditerranée. Cliquez sur l'image ci-dessus pour l'animation (GIF animé).

Références :

Larnicol, G., P.Y. Le Traon, N. Ayoub and P. De Mey, Mean Sea Level and Variable Surface Circulation of the Mediterranean Sea from Two Years of TOPEX/Poseidon Altimetry, J. Geophys. Res. (Oceans), Vol. 100, C12, 25163-25177, 1995.

Autres publications concernant l'Equipe Mécanique Céleste : voir Publications (Altimétrie)

Mise en évidence de la variabilité localisée

La  Figure 4 permet de mettre en évidence les zones de variabilité de la surface méditerranéenne liées à des phénomènes océanographiques et de donner un ordre de grandeur sur l'amplitude des variations des hauteurs de mer "instantanées". Il reste bien sûr que la variabilité détectée dans certaines zones peut aussi provenir de défaillances du modèle de marée utilisé ou de problème liés à la mesure altimétrique (décrochage de l'altimètre), notamment dans les zones de faible dimension comme le Golfe de Gabès (Tunisie). Il est tout de même intéressant de remarquer que la majeure partie de ces zones correspondent effectivement à des phénomènes dont l'existence est connue ou tout au moins supposée :

- influence des échanges entre la Méditerranée et l'océan atlantique en mer d'Alboran,

- courants à proximité des côtes algériennes,

- courant en mer de Ligure (entre la Corse et la France),

- influence du Nil,

- tourbillon de Ierapetra (sud-est de la Crête),

- échanges entre la mer noire et la Méditerranée.

Cette mise en évidence, plus qualitative que quantitative, devra donc se poursuivre par une analyse approfondie en collaboration avec des océanographes, notamment par la comparaison des phénomènes observés avec les modèles d'hydrodynamique.

Figure 4. Carte représentant les zones de variabilitée localisée de la surface méditerranéenne. Cette carte a été obtenue à partir des écarts types des hauteurs de mer "instantannées" corrigées du gradient de la surface moyenne le long des profils (Sept. 1992 à Septembre 1993).


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