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The Arctic has been warming twice as fast as the whole globe since the preindustrial era: this phenomenon is known as Arctic amplification. Arctic amplification and associated Arctic sea ice decline can affect the climate locally. It has also been shown to affect the large-scale atmospheric circulation beyond the Arctic, yielding changes in the mid-latitude climate. However, the mechanisms beneath this linkage are still poorly understood. The objective of this thesis is to bring more insight into these mechanisms. For that purpose, we have defined and run sensitivity experiments that allow to isolate the effect of Arctic sea ice decline from other climate forcings. In these experiments, which have been done with the CNRM-CM6 climate model using different horizontal resolutions, sea ice albedo is reduced to the ocean value, leading to an increase in absorbed solar radiation and a reduction of sea ice especially in summer. We first evaluate the model mean state and its representation of Arctic-to-mid-latitude linkages. This analysis suggests that increasing the horizontal resolution in the atmosphere and ocean generally leads to more realistic mean climate conditions in the Northern Hemisphere. We further show that linkages between atmospheric and sea ice variability are consistent between the model and the observations. These results indicate that Arctic sea ice influence on the atmosphere is hardly detectable in observations and in free-running models because of the large internal variability, which stresses the need to properly isolate this link using dedicated sensitivity experiments. Secondly, we focus on the rapid atmospheric response during autumn and winter, when Arctic amplification is maximum. Using a dynamical adjustment method based on a regional reconstruction of circulation analogs, the mechanisms of the regional temperature response are investigated. We show that the sea-ice-induced warming over North America and Europe can be explained by : (i) cyclonic changes in circulation that favor warm air advection from the South or the nearby oceans, and (ii) thermodynamical changes – without changes in circulation. The latter are both linked to the advection by the mean flow of warmer air from the Arctic or the adjacent oceans due to Arctic sea ice loss, and to local changes in the surface energy budget. Arctic sea ice decline in these experiments also induces a cooling over central Asia, that can solely be explained by changes in circulation, with a strengthening of the Siberian High. The large-scale atmospheric response is furthermore investigated in the troposphere and stratosphere. The results indicate that the stratosphere plays a minor role in the response in the troposphere and near the surface in our experiments. Finally, we find that increasing the horizontal resolution or changing the external forcings from preindustrial to mid-twentieth century levels do not impact significantly the large-scale atmospheric response to Arctic sea ice loss. Our results highlight the difficulty to detect a robust atmospheric response in the cold season due to the strong internal variability and the weak response., Depuis l'ère préindustrielle, la température de surface en Arctique a augmenté plus de deux fois plus que la température globale : ce phénomène est appelé l'amplification arctique. Il a été montré que l’amplification arctique et le déclin de la glace de mer qui y est associé peuvent affecter la circulation atmosphérique de grande échelle, et ainsi impacter le climat des moyennes latitudes. Les mécanismes expliquant ce lien sont toutefois encore mal compris, et leur prépondérance par rapport aux autres composantes du système climatique demeure incertaine. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre ces mécanismes. Pour cela, nous avons isolé l'effet du déclin de la glace de mer arctique des autres forçages climatiques, à l'aide d'expériences de sensibilité réalisées avec le modèle de climat CNRM-CM6, à basse et haute résolution. Dans ces expériences, la valeur de l'albédo de la banquise est réduite à celle de l'océan, favorisant l'absorption de rayonnement solaire et la fonte de la glace, notamment en été. Nous avons dans un premier temps évalué l'état moyen du modèle et sa représentation des téléconnexions Arctique-moyennes latitudes. Cette évaluation suggère que l'augmentation de la résolution horizontale du modèle dans l'océan et dans l'atmosphère permet de simuler des conditions climatiques moyennes généralement plus réalistes. Nous avons montré par ailleurs que les téléconnexions liant la variabilité atmosphérique à celle de la glace de mer sont comparables entre le modèle et les observations. Les résultats indiquent que l'influence de la glace de mer arctique sur l'atmosphère est difficilement détectable dans les observations ou dans les simulations climatiques non contraintes à cause de la forte variabilité interne, ce qui justifie l'intérêt d'isoler cette influence et de réaliser des expériences de sensibilité telles que celles effectuées dans cette thèse. Nous nous sommes ensuite focalisés sur la réponse rapide de l'atmosphère durant l'automne et l'hiver qui suivent la disparition de la glace de mer d'été, c'est-à-dire lorsque l’amplification arctique est maximale. Les mécanismes de la réponse de la température à la fonte de la banquise ont été étudiés à l'échelle régionale grâce à une méthode d'ajustement dynamique basée sur la reconstruction régionale d'analogues de circulation. Les résultats montrent que le réchauffement en Amérique du Nord et en Europe induit par la perte de glace de mer arctique est principalement dû à : (i) des changements cycloniques de circulation qui favorisent des intrusions d'air chaud provenant du sud ou des océans adjacents, et (ii) des changements dits thermodynamiques -- sans changements de circulation. Ces derniers résultent à la fois de l'advection d'air chaud par le flux moyen, provenant de l'Arctique et/ou des océans adjacents réchauffés en réponse au déclin de la glace de mer, et à la fois des modifications locales du budget énergétique de surface. La diminution de la glace de mer dans ces expériences favorise également un refroidissement en Asie centrale, qui est ici entièrement expliqué par des changements de circulation, associés à un renforcement de l'anticyclone de Sibérie. La réponse atmosphérique de grande échelle a par ailleurs été étudiée dans la troposphère et la stratosphère. Les résultats indiquent que la stratosphère joue un rôle minimal dans l'évolution de la circulation dans la troposphère et à la surface dans ces expériences. Enfin, nous avons montré que ni l'augmentation de la résolution, ni la modification des conditions de forçages externes entre des conditions préindustrielles et des conditions de milieu du XXème siècle n'impacte de manière significative la réponse de l'atmosphère de grande échelle au déclin de la banquise arctique dans le modèle CNRM-CM6. Les analyses effectuées dans cette thèse mettent en évidence la difficulté de détecter une réponse robuste de l'atmosphère en saison froide du fait de la forte variabilité interne et de la faible réponse.

This thesis aims to understand how sea surface temperature (SST) anomalies associated with mesoscale oceanic eddies may contribute to mid-latitude storm tracks variability. Based on idealized high resolution atmospheric simulations, local and large scale remote influences of the eddies onto the boundary layer and the free troposphere are investigated. Basic configuration is a generic baroclinic channel above an eddying SST front. The first part of the manuscript deals with the response of the atmosphere in the boundary layer, based on the well-known mechanisms of pressure adjustment and vertical mixing of momentum. As expected from theoretical scaling arguments, the former is important for weak wind conditions. Due to the large scale SST front, direction of strong background wind also controls stability : a transition, from a forcing by mixing of momentum to a forcing by SST-driven pressure forces, occurs for equatorward winds as cold air is advected above warmer SST. It shows how sub-weekly atmospheric variability modulates the low level response. Wind stress divergence matches the linear relationship observed with downwind SST gradient. In specific conditions, horizontal divergence is however proportional to the laplacian of boundary layer temperature, within a large range of horizontal scales (500-100~km). In a second part, the experiment with oceanic eddies is compared to its zonally symmetric counterpart. It reveals weak but robust modifications of atmospheric large-scale circulation and synoptic variability : the Eulerian storm track and the jet stream are shifted poleward. Surface forcing is associated with a local response in the mid-troposphere, which is intermittent and dominated by the day-to-day variability. Because of an asymmetry in the response to cold and warm eddies, the oceanic eddies are also responsible for a net increase of both latent and sensible surface heat fluxes. It accounts for a large part of the differences obtained between eddying and zonally symmetric configurations. Based on heat and mechanical energy budgets, an interpretation of the poleward displacements of the storm track and the jet is given. The contribution of latent heat release to both budgets, occurring mainly within synoptic storms, plays a major role in the atmospheric response.; Cette thèse est consacrée à l'étude de la variabilité des rails des dépressions des moyennes latitudes induite par les anomalies de température de surface (SST) associées aux tourbillons océaniques. Les effets locaux et de grande échelle de ces tourbillons sur la couche limite et la troposphère libre sont analysés à partir de simulations atmosphériques à haute résolution. Un canal barocline périodique représente de manière idéalisée le rail des dépressions sur une aquaplanète, avec un forçage par des SST décrivant un front océanique et ses tourbillons. La première partie de la thèse traite de la réponse des basses couches de l'atmosphère, en lien avec les mécanismes d'ajustement de pression et de mélange vertical turbulent. L'ajustement de pression domine dans les conditions de vent faible, en accord avec la théorie. En présence d'un front de grande échelle, la direction du vent module également la stabilité des basses couches : pour des vents forts venant du côté chaud du front, la réponse atmosphérique est aussi dominée par une réponse en ajustement de pression, à l'inverse des vents de direction opposée. Cela montre que les mécanismes de réponse sont déterminés par la variabilité rapide de l'atmosphère. La divergence de tension de surface est, comme dans les observations, linéairement reliée au gradient de SST. Pour certaines conditions, la divergence du vent horizontal peut cependant présenter une réponse proportionnelle au laplacien de température de la couche limite. Ceci concerne une gamme d'échelles allant de 100 à 500 km. La seconde partie de la thèse compare la réponse atmosphérique à un champ de tourbillons à une expérience témoin caractérisée par un front de SST zonalement symétrique. Des déplacements vers le pôle du rail des dépressions et du courant-jet apparaissent, tous deux faibles mais statistiquement robustes. Les forçages à la surface conduisent à une réponse locale dans la troposphère libre, qui est dominée par la variabilité synoptique. L'asymétrie de réponses aux tourbillons chauds et froids engendre aussi une augmentation des flux de surface moyens, qui permet d'interpréter une grande partie de la réponse de grande échelle. Les déplacements vers le pôle sont expliqués à partir des bilans de chaleur et d'énergie mécanique du rail des dépressions. Le dégagement additionnel de chaleur latente, qui se produit dans les tempêtes, joue un rôle primordial dans ces deux bilans.

This thesis aims to understand how sea surface temperature (SST) anomalies associated with mesoscale oceanic eddies may contribute to mid-latitude storm tracks variability. Based on idealized high resolution atmospheric simulations, local and large scale remote influences of the eddies onto the boundary layer and the free troposphere are investigated. Basic configuration is a generic baroclinic channel above an eddying SST front. The first part of the manuscript deals with the response of the atmosphere in the boundary layer, based on the well-known mechanisms of pressure adjustment and vertical mixing of momentum. As expected from theoretical scaling arguments, the former is important for weak wind conditions. Due to the large scale SST front, direction of strong background wind also controls stability : a transition, from a forcing by mixing of momentum to a forcing by SST-driven pressure forces, occurs for equatorward winds as cold air is advected above warmer SST. It shows how sub-weekly atmospheric variability modulates the low level response. Wind stress divergence matches the linear relationship observed with downwind SST gradient. In specific conditions, horizontal divergence is however proportional to the laplacian of boundary layer temperature, within a large range of horizontal scales (500-100~km). In a second part, the experiment with oceanic eddies is compared to its zonally symmetric counterpart. It reveals weak but robust modifications of atmospheric large-scale circulation and synoptic variability : the Eulerian storm track and the jet stream are shifted poleward. Surface forcing is associated with a local response in the mid-troposphere, which is intermittent and dominated by the day-to-day variability. Because of an asymmetry in the response to cold and warm eddies, the oceanic eddies are also responsible for a net increase of both latent and sensible surface heat fluxes. It accounts for a large part of the differences obtained between eddying and zonally symmetric configurations. Based on heat and mechanical energy budgets, an interpretation of the poleward displacements of the storm track and the jet is given. The contribution of latent heat release to both budgets, occurring mainly within synoptic storms, plays a major role in the atmospheric response.; Cette thèse est consacrée à l'étude de la variabilité des rails des dépressions des moyennes latitudes induite par les anomalies de température de surface (SST) associées aux tourbillons océaniques. Les effets locaux et de grande échelle de ces tourbillons sur la couche limite et la troposphère libre sont analysés à partir de simulations atmosphériques à haute résolution. Un canal barocline périodique représente de manière idéalisée le rail des dépressions sur une aquaplanète, avec un forçage par des SST décrivant un front océanique et ses tourbillons. La première partie de la thèse traite de la réponse des basses couches de l'atmosphère, en lien avec les mécanismes d'ajustement de pression et de mélange vertical turbulent. L'ajustement de pression domine dans les conditions de vent faible, en accord avec la théorie. En présence d'un front de grande échelle, la direction du vent module également la stabilité des basses couches : pour des vents forts venant du côté chaud du front, la réponse atmosphérique est aussi dominée par une réponse en ajustement de pression, à l'inverse des vents de direction opposée. Cela montre que les mécanismes de réponse sont déterminés par la variabilité rapide de l'atmosphère. La divergence de tension de surface est, comme dans les observations, linéairement reliée au gradient de SST. Pour certaines conditions, la divergence du vent horizontal peut cependant présenter une réponse proportionnelle au laplacien de température de la couche limite. Ceci concerne une gamme d'échelles allant de 100 à 500 km. La seconde partie de la thèse compare la réponse atmosphérique à un champ de tourbillons à une expérience témoin caractérisée par un front de SST zonalement symétrique. Des déplacements vers le pôle du rail des dépressions et du courant-jet apparaissent, tous deux faibles mais statistiquement robustes. Les forçages à la surface conduisent à une réponse locale dans la troposphère libre, qui est dominée par la variabilité synoptique. L'asymétrie de réponses aux tourbillons chauds et froids engendre aussi une augmentation des flux de surface moyens, qui permet d'interpréter une grande partie de la réponse de grande échelle. Les déplacements vers le pôle sont expliqués à partir des bilans de chaleur et d'énergie mécanique du rail des dépressions. Le dégagement additionnel de chaleur latente, qui se produit dans les tempêtes, joue un rôle primordial dans ces deux bilans.

This study investigate the impact of Rossby waves on the tropospheric midlatitude eddy-driven jets using an idealized numerical model. It focuses on the dynamical mechanisms driving the persistence of the main modes of variability: a shifting mode and a pulsing mode. The shifting mode is often found to be the leading mode of variability due to an enhanced persistence caused by a positive feedback of Rossby waves. Two new kinds of negative feedbacks have been found for a shorter time-scale than the more classical feedback which mechanism depends on wave properties. These new mechanisms have also been found in the more realistic set up of reanalysis. The impact of climate change is also investigated using the sensitivity analysis of the model to three key parameters : the meridional gradient of temperature, which leads to longer lasting phases of the shifting mode in the future, the jet mean position, which leads to less persistent shifting mode for poleward shifted jets, and frictional damping, because it is a parameter difficult to tune and which varies between numerical models. In conclusion, two new feedback mechanisms acting on eddy-driven jets variability have been found and theoretical diagnostics have been developed and could be used to probe more realistic data such as future climate simulations and reanalysis.; Cette étude a pour objectif d'analyser le rôle des ondes de Rossby dans la variabilité des courants-jets troposphériques des moyennes latitudes à l'aide d'un modèle numérique idéalisé. Elle s'intéresse aux mécanismes dynamiques responsables de la persistance des principaux modes de variabilité : celui de déplacement méridien et celui de pulsation d'amplitude. Le premier est souvent le principal mode de variabilité du fait de sa grande persistance causée par une rétroaction positive des ondes de Rossby.Deux nouveaux types de rétroactions négatives ont été mis en évidence à une échelle de temps plus courte que cette rétroaction classique et dont le mécanisme dépend de la nature des ondes impliquées. Ces différents mécanismes sont aussi retrouvés et ainsi validés dans le contexte plus réaliste des données de réanalyse.Une réflexion sur les conséquences du changement climatique est aussi proposée via l'étude de sensibilité menée sur trois paramètres clés du modèle : le gradient méridien de température, conduisant à un mode de déplacement plus persistant dans le futur, la position moyenne du jet, conduisant à un mode moins persistant pour des jets plus proches du pôle, et enfin la friction dans les basses couches de l'atmosphère, aussi étudiée car étant un paramètre plutôt difficile à évaluer et présentant une forte disparité entre les modèles.Cette thèse a donc permis de mettre en évidence deux nouveaux mécanismes de rétroaction des ondes sur les courants-jets et de développer des diagnostics théoriques qui pourront être plus amplement testés et appliqués dans d'autres contextes, particulièrement des réanalyses et des simulations de climat réalistes.

This study investigate the impact of Rossby waves on the tropospheric midlatitude eddy-driven jets using an idealized numerical model. It focuses on the dynamical mechanisms driving the persistence of the main modes of variability: a shifting mode and a pulsing mode. The shifting mode is often found to be the leading mode of variability due to an enhanced persistence caused by a positive feedback of Rossby waves. Two new kinds of negative feedbacks have been found for a shorter time-scale than the more classical feedback which mechanism depends on wave properties. These new mechanisms have also been found in the more realistic set up of reanalysis. The impact of climate change is also investigated using the sensitivity analysis of the model to three key parameters : the meridional gradient of temperature, which leads to longer lasting phases of the shifting mode in the future, the jet mean position, which leads to less persistent shifting mode for poleward shifted jets, and frictional damping, because it is a parameter difficult to tune and which varies between numerical models. In conclusion, two new feedback mechanisms acting on eddy-driven jets variability have been found and theoretical diagnostics have been developed and could be used to probe more realistic data such as future climate simulations and reanalysis.; Cette étude a pour objectif d'analyser le rôle des ondes de Rossby dans la variabilité des courants-jets troposphériques des moyennes latitudes à l'aide d'un modèle numérique idéalisé. Elle s'intéresse aux mécanismes dynamiques responsables de la persistance des principaux modes de variabilité : celui de déplacement méridien et celui de pulsation d'amplitude. Le premier est souvent le principal mode de variabilité du fait de sa grande persistance causée par une rétroaction positive des ondes de Rossby.Deux nouveaux types de rétroactions négatives ont été mis en évidence à une échelle de temps plus courte que cette rétroaction classique et dont le mécanisme dépend de la nature des ondes impliquées. Ces différents mécanismes sont aussi retrouvés et ainsi validés dans le contexte plus réaliste des données de réanalyse.Une réflexion sur les conséquences du changement climatique est aussi proposée via l'étude de sensibilité menée sur trois paramètres clés du modèle : le gradient méridien de température, conduisant à un mode de déplacement plus persistant dans le futur, la position moyenne du jet, conduisant à un mode moins persistant pour des jets plus proches du pôle, et enfin la friction dans les basses couches de l'atmosphère, aussi étudiée car étant un paramètre plutôt difficile à évaluer et présentant une forte disparité entre les modèles.Cette thèse a donc permis de mettre en évidence deux nouveaux mécanismes de rétroaction des ondes sur les courants-jets et de développer des diagnostics théoriques qui pourront être plus amplement testés et appliqués dans d'autres contextes, particulièrement des réanalyses et des simulations de climat réalistes.