La région est aussi marquée par la présence de courants dont les interactions génèrent une activité tourbillonnaire. Ces tourbillons modulent ainsi la structure, la propagation et l’intensité des marées internes et des ISWs associés. L’ensemble de ces éléments fait du plateau et du talus amazonien un véritable laboratoire naturel pour l’étude des ISWs et de leurs interactions avec les tourbillons.

Le rôle fondamental des ondes solitaires internes dans le climat

Mieux comprendre ces ondes est essentiel, car elles jouent un rôle fondamental dans l’océan: elles transfèrent l’énergie des marées vers des échelles plus fines, où se produit un mélange entre les différentes couches de l’océan. En profondeur, ce mélange participe à la grande circulation océanique qui transporte la chaleur des tropiques vers les pôles, influençant ainsi le climat mondial. Ce mélange peut aussi se produire près de la surface, en faisant remonter des eaux froides et riches en nutriments depuis les profondeurs. Ces remontées d’eaux froides peuvent diminuer la nébulosité, les précipitations, et stimuler la production de phytoplancton, à la base de la chaîne alimentaire marine. Ainsi, ce mélange induit par les ISWs est un processus océanique qui a un rôle clé à jouer dans le climat et l’ensemble de l’écosystème.

Avant le satellite SWOT (Surface Water and Ocean Topography) lancé en décembre 2022, les ondes internes solitaires étaient difficiles à étudier en raison des faibles résolutions spatiales des mesures de hauteurs d’eau de l’altimétrie conventionnelle. Les cartes disponibles permettaient surtout d’observer de grandes structures océaniques de plusieurs centaines de kilomètres. Les images optiques mesurées par satellites, bien que plus précises, sont très dépendantes des conditions d’observations, limitant drastiquement la disponibilité des données.

Côté modélisation numérique, les ondes internes solitaires posent aussi un défi de taille. Leur petite échelle spatiale, leur rapidité et leur comportement très dynamique rendent leur simulation particulièrement complexe. Pour les reproduire fidèlement, les modèles nécessitent une résolution extrêmement fine et des ressources de calcul colossales, bien au-delà des capacités actuelles. De plus, le manque de données in situ, à la fois limitées dans l’espace et dans le temps, complique encore leur validation.

Satellite SWOT : un bond en matière d’observation

Le satellite SWOT est unique, car il fournit des données instantanées de la surface de l’océan à très haute résolution. Cela permet, pour la première fois, d’obtenir des observations globales et répétées des ISWs. Ainsi, SWOT promet des avancées en matière d’observation et représente un changement majeur dans l’étude des ISW, en passant d’études basées surtout sur des modèles à des observations directes.

Les scientifiques du CNRS Terre & Univers présentent les premières observations directes d’interaction entre ISW et tourbillons grâce à SWOT. L’analyse se concentre sur trois situations contrastées : la propagation d’ISWs en l’absence de tourbillons, leur interaction avec un tourbillon cyclonique et un tourbillon anticyclonique. Les crêtes d’ondes sont identifiées dans les données de hauteur de surface de l’eau de SWOT à l’aide d’une approche qui permet de suivre avec précision leurs propriétés géométriques et dynamiques clés, telles que leur axe de propagation, la distance entre les crêtes d’ondes et leur courbure.

Les résultats mettent en évidence que lorsque les ISWs rencontrent un tourbillon océanique, elles peuvent être réfractées ou diffractées selon le sens de rotation du tourbillon. Cette interaction modifie la trajectoire des ondes, mais aussi leur géométrie, leur longueur et peut provoquer des transferts d’énergies en bon accord avec des simulations réalistes de modèles numériques. Ces résultats montrent un échantillon de la grande diversité des réponses des ISWs selon l’environnement océanique.

Pris dans leur ensemble, ces résultats démontrent la capacité unique de SWOT à capturer la complexité de la dynamique des ISWs et de leurs interactions avec la circulation océanique. Ils apportent un éclairage nouveau sur la réponse de ces ondes aux structures tourbillonnaires et ouvrent de nouvelles perspectives pour l’étude observationnelle des marées internes et de leur rôle dans la dynamique océanique.

Ondes solitaires internes sur le plateau continental amazonien. La carte de couleurs représente le flux d’énergie associé à la marée interne, calculé à l’aide du modèle NEMO. Les sites de générations des marées internes sont indiqués de A à F le long du talus continental. Les signatures de surface des ondes solitaires internes détectées par le satellite MODIS/TERRA (De macedo, 2023), sont représentées par des lignes pointillées noires (un zoom est présenté à gauche). Les courant principaux, le Courant Nord Brésilien (NBC) et le Contre-Courant Équatorial Nord (NECC) sont indiqué par des flèches bleues épaisses. Les tourbillons sont schématisés par des cercles colorés le long du trajet des ISWs. © Référence

Détection d’ondes internes solitaires à partir des données de hauteurs d’eau du satellite SWOT pour (g) NE (sans interaction avec un tourbillon) – 14 mars 2024, (h) CE (interaction avec un tourbillon cyclonique) – 29 septembre 2023, (i) AE (interaction avec un tourbillon anticyclonique) – 22 août 2024. Les tourbillons cycloniques (C) et anticycloniques (A) sont indiqués respectivement par des cercles rouges et verts. La bathymétrie est représentée par des isocontours aux profondeurs de -3500 m, -3000 m, -100 m et 0 m. © Référence

Pour en savoir plus

Laboratoires CNRS impliqués
– Laboratoire Climat, Environnement, Couplages et Incertitudes (CECI)
– Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales (LEGOS – OMP)
– Laboratoire d’océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (LOCEAN – ECCE TERRA)

Référence
Goret, C., Koch-Larrouy, A., Kouogang, F., de Macedo, C. R., M’Hamdi, A., Magalhães, J. M., da Silva, J. C. B., Tchilibou, M., Artana, C., Dadou, I., Delepoulle, A., Barbot, S., Ballarotta, M., Carrère, L., and Costa da Silva, A.: Internal solitary waves refraction and diffraction from interaction with eddies off the Amazon Shelf from SWOT, Ocean Sci., 22, 679–698, 2026

Source : CNRS Terre & Univers.