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Jeudi 15 décembre 2016, soutenance de thèse de Natalia SHMAKOVA - 14h00, Amphithéâtre K118, LEGI, site Bergès

Ondes internes divergentes et convergentes : étude expérimentale de la marée interne

Membres du jury
- M. Nicolas MORDANT, UGA, examiner
- M. Thomas PEACOCK, MIT, referee
- M. Leo MAAS, Utrecht University, referee
- M. Thierry DAUXOIS, ENS Lyon, examiner
- M. Jean-Marc CHOMAZ, école Polytechnique, examiner
- M. Jan-Bert FLOR, UGA, thesis director
- M. Bruno VOISIN, UGA, thesis co-director
- M. Joel SOMMERIA, UGA, invited
- M. Evgeny ERMANYUK, NSU, invited

Résumé

Les océans de la Terre sont stratifiés en densité par les gradients de température et de salinité.
L’interaction des courants de marée avec la topographie du fond océanique entraîne donc le rayonnement des ondes de gravité interne dans l’intérieur de l’océan. Ces ondes sont appelées marées internes et leur dissipation due à le déferlement des ondes non-linéaires joue un rôle important dans le mélange de l’océan abyssal, et donc dans la circulation océanique à la grande échelle.

Dans ce contexte, nous étudions la génération des ondes internes par l’oscillation d’objet de différentes géométries simplifiées afin de modéliser le marée barotrope sur la topographie océanique et considérons les effets linéaires et non-linéaires sur ces ondes résultant d’interactions avec l’objet et entre ces ondes. La contribution relativement nouvelle de cette thèse est l’étude des aspects de flux tridimensionnels qui étaient accessibles avec notre approche expérimentale, et sont généralement difficiles à étudier par modélisation numérique et analytique.

Nous étudions d’abord la structure des ondes fondamentale et des harmoniques supérieur pour un sphéroïde oscillant, émettant des ondes divergentes. Les harmoniques supérieures sont générées par l’instabilité non linéaire à la surface de l’objet avec des effets non-linéaires dans la zone d’intersection des faisceaux fondamentales. Ils peuvent se croiser et se concentrer, donc augmenter d’énergie, et devenir dominant sur les ondes fondamentales. On détermine les structures horizontales des ondes fondamentale et des harmoniques supérieures.

Subséquemment, nous considérons les ondes générées par un tore oscillant, qui convergent vers un point focal. En dehors de cette région focale, les résultats expérimentaux et les prédictions théoriques sont en bon accord, mais dans la région focale, l’amplitude de l’onde est deux fois plus grande que près du tore, conduisant à une amplification locale non-linéaire et à un déferlement des onde pour les grandes amplitudes d’oscillations. En conséquence, la propagation des ondes fondamentales se trouve entravée dans la région focale. L’onde stationnaire se forme alors que de nouvelles ondes sont générées et émises de cette région focale.

Un tore plus grand a été testé sur la plate-forme Coriolis pour comparer la focalisation des ondes de gravité internes, inertie-gravité et des ondes inertielles dans un régime faiblement visqueux. En raison de la complexité de la zone focale, une seconde harmonique est observée même quand l’amplitude d’oscillation est faible. Le champ de vorticité verticale des ondes de gravité interne présente une structure dipolaire dans la zone focale, qui se transforme dans le cas tournant en une structure de vortex "Yin-Yang". La structure globale des faisceaux des ondes inertiels est proche de celle pour des ondes de gravité internes, bien qu’elle est relativement plus intense.