Proposition de sujet de thèse 2016

Proposition de sujet de thèse 2016
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MASTER :
Ordre de priorité de la proposition(1) :
Candidat(e)(1)
Nom - Prénom :
Date de naissance :
Cursus de second cycle (origine, années, mention) :
Mention et classement au Master (Xème sur Y) :
Sujet de doctorat proposé
Intitulé :
Etude de la circulation hydrodynamique d’un lagon étroit de Nouvelle Calédonie Identification des
conditions aux limites et des échanges lagon/océan le long des récifs barrières d’un lagon en mer méso-tidale.
Descriptif :
Résumé :
Les milieux lagonaires sont représentatifs d’un type de rivage particulièrement important en terme de longueur de trait de
côte à l’échelle nationale et sont soumis à des facteurs anthropiques directs mais aussi à des modifications plus globales
du système océanique liés au changement climatique. Cependant, les principales études de lagons concernent plus
particulièrement ceux limités de récifs émergés, restreignant les communications entre l’océan et le lagon aux passes.
Toutefois, dans les mers méso et macro-tidales telles que dans l’océan indien ou le Pacifique, les récifs barrières peuvent
être alternativement immergés à marée haute et émergés (ou faiblement immergés) à marée basse. Ce type de lagon n’est
que peu étudié. En prenant l’exemple du lagon de Teremba (Nouvelle Calédonie) et en s’appuyant sur des résultats
antérieurs obtenus dans les lagons de Mayotte et de Tuléar, le doctorant développera un outil numérique capable
d’optimiser la condition à la limite très particulière que constitue le récif barrière.
Problématique générale :
Les milieux lagonaires tropicaux sont des systèmes fragiles et soumis à des pressions anthropiques directes mais aussi à
des modifications plus globales du système océanique liées au changement climatique (Hoegh-Guldberg et al., 2007),
avec des répercussions sur les microorganismes et les constructeurs récifaux (Rosenberg et al., 2007). Ainsi, les
structures récifales limitant ces lagons sont extrêmement sensibles à la qualité des eaux qui les baignent (Cooper et al,
2008). En contrepartie, ces structures jouent un rôle majeur dans le contrôle de la qualité des eaux lagonaires notamment
par leur capacité à provoquer des remontées d’eau enrichies en leur voisinage, ou à imposer des régimes de
renouvellement des eaux plus efficaces et/ou complémentaires de celui des passes (Kench and Brander, 2007). En effet,
selon que la barrière récifale soit émergée ou périodiquement immergée (faiblement ou fortement), le récif barrière
aura un rôle régulateur différent (Gourlay, 1996a,b) et le fonctionnement hydrodynamique du lagon va différer.
L’éventuelle modification de cette barrière (destruction d’origine anthropique ou liée à des phénomènes climatiques de
forte intensité tels que l’arrêt des processus permettant son édification, augmentation du niveau de l’océan) aurait donc
des conséquences majeures sur le fonctionnement des complexes récifo-lagonaires. Actuellement, ces systèmes ainsi
auto-régulés fonctionnent parfois autour d’un état d’équilibre, mais d’autres sont en phase d’évolution déjà avérée. Le
couplage entre l’hydrodynamique et le fonctionnement de l’écosystème du lagon revêt ici une réalité tangible, en raison
des conséquences majeures en terme de fonctionnement hydrodynamique que l’éventuel dépérissement du récif induirait.
Afin d’être à même de comprendre le fonctionnement du lagon dans tous ses aspects (biogéochimie, sédimentologie,
écologie) et, avec l’objectif de prévoir la tolérance du récif vis à vis de toute modification du milieu, il importe de bien
reproduire le régime hydrodynamique imposé par le récif barrière et de connaître le temps de résidence des eaux que sa
présence contribue à contrôler.
Les travaux portant sur les échanges entre le large et les lagons se limitent généralement à l’étude des
échanges à travers les passes (Douillet et al., 1998, 2001), qui se prêtent mieux au déploiement d’instruments
de mesure dans le cadre d’une mise en œuvre presque « classique ». Les écoulements spécifiques engendrés par
la présence d’un récif barrière le long de celui-ci ont été également étudiés, mais rares sont les travaux portant
sur les écoulements participant aux échanges au dessus de ces barrières ; les approches sont souvent menées
sur un plan académique ou purement numérique ou restreintes à l’étude des interactions des houles avec les
structures récifales (Hearn, 1999).
Dans les lagons de grande taille, de larges passes contraignent la circulation (lagon de Nouméa, Nouvelle
Calédonie). Ainsi, l’eau franchissant la barrière récifale est essentiellement l’eau associée au déferlement de la
houle (Bonneton, 2007), en quantité faible comparée aux apports par les passes. A contrario, dans les lagons de
plus faible emprise, où les passes sont étroites vis-à-vis de la taille de la barrière, notamment dans l’Océan
Indien (Mayotte, Tuléar …) ou sur le pourtour de la Nouvelle Calédonie, les échanges lagon/océan s’effectuent
à la fois au niveau des passes, mais aussi au niveau de la barrière récifale. Ainsi, fonction du cycle de marée, les
échanges lagon/océan au niveau du récif barrière, sont de nature variable (Gourlay, 1996a, b) : restreints et
essentiellement liés au déferlement de la houle à marée basse (émersion ou faible immersion), ils peuvent, à
marée haute, se révéler important avec un débit équivalent à celui des passes principales, du fait de la longueur
du récif (environ 20km à Mayotte et à Tuléar). Cette dynamique engendre une hydrodynamique originale,
d’autant plus marquée que l’extension du lagon est faible au regard de la longueur de la barrière récifale. Les
mesures hydrodynamiques effectuées dans les lagons de Mayotte (novembre 2006), de Tuléar (octobre 2007,
mars et novembre 2008) et Teremba (juillet-octobre 2011 ; aout-décembre 2013) révèlent la circulation
particulière de ces lagons, mettant en évidence l’importance du flux transitant au-dessus de la barrière
corallienne (Chevalier et al, 2009). Dans de tels lagons, un modèle numérique doit prendre en compte cet effet
pour estimer correctement la circulation au sein de celui-ci (De La Torre et al., 2008). Il est donc fondamental
de caractériser correctement la condition à la limite imposée par les récifs barrières dans un modèle numérique
réaliste de circulation des eaux du lagon, ceci en se basant sur les études théoriques de circulation
hydrodynamique au niveau du récif (Hearn, 1999, Bonneton, 2007…) et sur les mesures dans les lagons de
Mayotte, Tuléar (Chevalier et al, 2013) et Teremba.
Objectif du travail de thèse:
L’objectif de cette étude est d’identifier les échanges cross-récifaux . L’étude de cette condition à la limite fera l’objet
d’une approche de modélisation inverse d’un jeu de données (acquis) permettant d’en identifier les caractéristiques
principales comme sa fermeture intermittente ou la résistance qu’offre le récif au passage du flux d’eau. Ainsi, en
prenant l’exemple des 3 lagons étudiés au sein de l’équipe, le doctorant développera un outil numérique capable
d’optimiser la condition à la limite très particulière que constitue le récif barrière.
Retombées
Cette étude est un préalable indispensable à la mise en place de modèles hydrodynamiques un tant soit peu
réalistes pour les lagons de faible extension. Dans le cadre des programmes de recherche (Tremolo et Oleti),
elle sera appliquée au lagon de Teremba (Nouvelle Calédonie). A terme, cette approche permettra de réfléchir à
des modèles d’évolution privilégiant la prépondérance des modes de modification anthropique et/ou climatique
et des conditions de fonctionnement des écosystèmes lagonaires. Une telle démarche nous semble importante
car la plupart des sites ultramarins français sont caractérisés par la présence de récifs plus ou moins
développés dont l’état de santé est plus ou moins dégradé.
Méthodologie :
L’étude sera alimentée par des mesures concernant les trois lagons cités ci-dessus. Pour ces sites, une stratégie
novatrice de courantométrie en milieu lagonaire a associé des mesures temporelles de courant en point fixe à des
mesures en transect localisées le long des passes et de la barrière (campagne octobre 2006, à Mayotte et campagnes de
novembre 2007, mars et novembre 2008 à Tuléar, campagne juillet-septembre 2011 et septembre-décembre 2013). Elle
permet, désormais, de disposer d’une information plus complète que celle obtenue à l’aide d’une mise en œuvre
classique des instruments uniquement dans les passes.
Dans une première étape, une méthode d’identification des conditions aux limites récifales utilisera les observationsfrontières partielles que constituent les transects à proximité des récifs. Au départ, le modèle choisi sera un modèle
tidal simplifié (spectral 2D horizontal, intégré sur la verticale), inversant les paramètres de fonctionnement que
constituent ses conditions aux limites, (Devenon, 1990). Ces conditions ainsi optimisées seront ensuite appliquées à une
version de ROMS 2D puis 3D qui servira à tester les améliorations apportées par cette méthode d'identification de
conditions aux limites (Lelouche et al, 1998 ; Devenon et al, 2002 ; Taillandier et al, 2004, 2009).
Une deuxième étape consistera à déterminer un coefficient de friction au-dessus de la barrière en fonction de la
localisation de l’endroit considéré, permettant de retrouver les conditions de flux d’eau identifiées par la méthode
précédente et d’en reproduire le profil vertical (Devenon, 1990 ; Leredde et al, 1999). Les deux approches (identification
« classique » des conditions aux limites et modélisation haute résolution de transmission des flux d’eau) seront ensuite
couplées pour aboutir à une paramétrisation correcte des conditions aux limites récifales.
Bibliographie :
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assimilation method in a non stratified open coastal model, Revue : Ocean Dyn., 54, 284-298.
Taillandier,V, Echevin V. Mortier L. and J-L. Devenon, 2009, Controlling the open ocean forcing of baroclinic coastal jets
with a 4-D VAR method., Revue: Dynamics of Atmospheres and Oceans, 48, 155-174, doi 0.1
Programme finançant la recherche :
L’étudiant bénéficiera des moyens informatiques du M.I.O et de la mise à disposition du cluster de calcul de l'OSU, et de
la mise à disposition d’un code numérique de circulation côtière existant (modèle ROMS). En outre, il bénéficiera de
données de mesures de plusieurs campagnes déjà réalisées, notamment la mission OLZO, correspondant à des périodes et
des lieux où les conditions environnementales sont différentes.
Financement: OLZO (2017) : 24k€ demandé
Envisagé : Défi Littoral
Lefe
Action Sud
Directeur(s) de thèse proposé(s)
(limiter au plus à deux personnes principales, dont au moins une titulaire de l'HDR)
Directeur HDR proposé
Nom - Prénom : Devenon Jean-Luc
Corps :
Laboratoire (i.e. formation contractualisée de rattachement, éventuellement équipe au sein de cette formation) :
Choix de cinq publications récentes (souligner éventuellement les étudiants dirigés co-signataires) :
Corps : Professeur,.
Adresse mail : [email protected]
Laboratoire: M.I.O ; équipe Océanographie physique, côtière et littorale.
Choix de 5 publications récentes (souligner éventuellement les étudiants dirigés co-signataires) :
Taillandier,V, Echevin V. Mortier L. and J-L. Devenon (2009)
Controlling the open ocean forcing of baroclinic coastal jets with a 4-D VAR method.
Revue: Dynamics of Atmospheres and Oceans, 48, 155-174, doi 0.1016/j.dynatmoce.2009.01.001
Chevalier C., Devenon J.L., Rougier G., (2009)
Experimental Characterization Of The Water Exchanges with Ocean in A Macro-Tidal Intermittently Open Lagoon
Bounded By Semi-Submerged Coral Reef. Proceedings, 11th International coral reef symposium, ICRS 2008, extended
abstract avec review., vol 1, 472-476.
Allou A., Forget P. and J-L. Devenon.(2010) Sub-mesoscale vortex structures at the entrance of the Gulf of Lions in
Northwestern Mediterranean sea, Continental Shelf Research, DOI 10.1016/j.csr.2010.01.006.
Chevalier, C., Devenon, JL., Rey, V., 2012, Impact of cross-reef fluxes on the Ouano lagoon circulation, 5p., (extended
abstract avec review), Proceedings of the 12th International coral reef symposium , ICRS2012_4A_1.,Biophysical
processes: Water motion, abiotic and biotic processes on coral reefs. Queensland University Press, D. Yellowlees & T.P.
Hugues Edts, Townsville, Australia ISBN 978-0-9508572-5-2.
Chevalier, C., Devenon, JL., Rougier , G., Blanchot, J.,(2013)
Importance of cross-barrier versus reef-passage water exchange in the tidally forced tropical Tulear reef-lagoon
(Madagascar), Journal of coastal research. Sous presse
Espinasse B., Carlotti F., Zhou M., Devenon JL. (2013)
Detecting habitats considering the mesozooplankton size structure and environmental conditions in the Gulf of Lion, NW
Mediterranean Sea. Soumis à Marine Ecology Progress series. Accepté
Thèses encadrées ou co-encadrées au cours des quatre dernières années :
Aucune thèse encadrée sur cette période. En détachement IFREMER de 2006 à 2010 en tant que conseiller scientifique de
l'établissement. Pas d'encadrement depuis ma ré-intégration à l'université de Marseille. Les thèses ci-dessous sont
antérieures:
Autre directeur proposé (éventuellement)
Autre directeur proposé (éventuellement)
Nom - Prénom : Chevalier Cristèle
Corps : Chargé de recherche, IRD.
Adresse mail : [email protected]
Laboratoire: M.I.O., équipe Océanographie physique côtière et littorale.
Choix de cinq publications récentes (souligner éventuellement les étudiants dirigés co-signataires) :
Chevalier, C., Devenon, J.L., Rougier, G., 2011, Experimental Characterization of the Oceanic Water Exchanges in a
Macro-tidal Lagoon, Global Change : Mankind-marine environment Interactions, Part 6, 357-362, DOI: 10.1007/978-90481-8630-3_63
Chevalier, C., Devenon, JL., Rey, V., 2012, Impact of cross-reef fluxes on the Ouano lagoon circulation, 5p., (extended
abstract avec review), Proceedings of the 12th International coral reef symposium , ICRS2012_4A_1.,Biophysical
processes: Water motion, abiotic and biotic processes on coral reefs. Queensland University Press, D. Yellowlees & T.P.
Hugues Edts, Townsville, Australia ISBN 978-0-9508572-5-2.
Chevalier Cristele, Pagano Marc, Corbin Daniel, Arfi Robert, The salinity responses of tropical estuaries to changes in
freshwater discharge, tidal mixing and geomorphology: case study of the man-affected Senegal River Estuary (West
Africa), Marine and Freshwater Research, DOI: 10.1071/MF13169;
Cristèle Chevalier, Jean-Luc Devenon, Gilles Rougier, and Jean Blanchot, 2015, Hydrodynamics of the Toliara Reef
Lagoon (Madagascar): Example of a Lagoon Influenced by Both Waves and Tide, Journal of Coastal Research, ISSN 07490208.
Chevalier C., Damien Sous, Jean-Luc Devenon, Marc Pagano, Gilles Rougier and, Jean Blanchot, 2015, Impact of crossreef fluxes on lagoon dynamics : a simple parameterization for coral lagoon circulation model, application to the Ouano
lagoon, New Caledonia, Ocean Dynamics
(1) : A remplir lors de la campagne d'attribution des allocations, à l'issue de la session de juin des Masters