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Floor, Jochem. Transferts d'énergie associées à la génération, propagation et dissipation de la marée interne

Floor, Jochem (2009) Transferts d'énergie associées à la génération, propagation et dissipation de la marée interne.

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Résumé en francais

La présente thèse est consacrée à l'étude des transferts énergétiques associés à la génération puis à la propagation et à la dissipation des marées internes induites par l'arrivée de la marée barotrope sur un accident bathymétrique dans une région océanique stratifiée. Modélisation numérique et modélisation physique sont associées de façon originale afin de localiser et de quantifier avec une grande précision l'ensemble des flux énergétiques. La circulation océanique globale transporte de vastes quantités de chaleur depuis l'équateur jusqu'aux pôles jouant ainsi un rôle essentiel dans le climat de notre planète. On estime aujourd'hui que le mélange contribuerait pour environ 2 TW au bilan énergétique global de cette circulation, les vents et les marées apportant environ la moitié de cette énergie. Toutefois, l'observation directe et la modélisation analytique ou numérique de l'ensemble de la cascade énergétique à l'origine de ces transferts demeurent hors de portée compte tenu de l'étendue des échelles spatio-temporelles impliquées. Dans ce contexte, cette thèse apparaît ainsi comme une étape en direction de la quantification de la cascade énergétique plus particulièrement associée aux marées internes depuis leur génération jusqu'au mélange qu'elles induisent. Dans un premier temps, un cas idéalisé correspondant approximativement à la région de Hawaï dans l'océan Pacifique ou à la dorsale médio-Atlantique est étudié numériquement avec le modèle océanique conservatif à toit libre et coordonnées Sigma généralisées Symphonie dans sa version hydrostatique. Un diagnostique énergétique complet basé sur la formulation numérique des équations dynamiques du modèle est réalisé pour tous les transferts d'origine aussi bien physique que purement numérique. Les principaux résultats de cette étude sont les suivants: 1. en moyenne sur une période, l'énergie perdue par la marée barotrope correspond presque exactement au flux vertical barotrope de flottabilité, induisant ainsi une conversion nette d'énergie depuis le compartiment cinétique barotrope vers le compartiment potentiel, 2. en moyenne sur une période, le flux barotrope net de flottabilité est approximativement équilibré par: une conversion d'énergie potentielle vers le compartiment cinétique barocline via la composante barocline du flux de flottabilité, par un gain local net d'énergie potentielle et par un flux d'énergie potentielle à travers les frontières ouvertes, 3. en moyenne sur une période, la composante barocline du flux net de flottabilité correspond presque exactement à la divergence du flux barocline associé aux forces de pression, ce dernier étant couramment identifié comme le flux radiatif associé à la marée interne. Ce bilan très général des transferts primaires d'énergie ne dépend que de façon très marginale de l'amplitude de la dissipation numérique et peut être étendu aux régimes sous-, quasi- et sur-critiques. Il reste valable pour une gamme étendue de hauteurs de la dorsale. Les bilans d'énergie potentielle et cinétique sont toutefois légèrement modifiés lorsque la dorsale étudiée est associée à des pentes bathymétriques particulièrement sous-critiques ou sur-critiques, modifications qui peuvent être attribuées respectivement à la faible amplitude de la marée interne ou à l'importance des termes non-linéaires dans le second cas. Afin d'estimer la validité de l'approche numérique, une série d'expériences en laboratoire a été réalisée. La marée interne est générée par une dorsale de forme Gaussienne oscillant horizontalement dans une cuve remplie d'eau salée et stratifiée linéairement sur la verticale. Des mesures de la vitesse et de l'anomalie de flottabilité ont été réalisées à haute résolution spatio-temporelle respectivement par vélocimétrie laser (PIV) et par strioscopie synthétique. L'anomalie de flottabilité des ondes internes a été comparée à une simulation numérique directe, montrant une correspondance très encourageante. Le budget énergétique d'un sous-domaine a également été quantifié.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Auclair, Francis
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Aérologie, UMR 5560
Mots-clés libres :Marée interne - Transfert d'énergie - Conservation numérique d'énergie - Marée barotrope - Marée barocline - Mélange diapycnal
Sujets :Sciences de l'environnement
Déposé le :17 Dec 2010 17:47