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Accueil > Équipes > Equipe MEIGE : Modélisation, Expériences et Instrumentation pour la Géophysique et l’Environnement > Diffusion scientifique > Dernières thèses soutenues

"Dynamique et stabilité de fronts : phénomènes agéostrophiques

Hélène Scolan, Vendredi 16 décembre 2011

Si la dynamique des écoulements atmosphériques ou océaniques de grande échelle proches de l’équilibre géostrophique est bien connue, les phénomènes de petite échelle spatiale et temporelle au niveau des fronts - régions de gradients intenses - demeurent mal compris.
Une bonne compréhension de ces instabilités de fronts à courtes échelles spatiales et des émissions d’ondes inertie-gravité par ces fronts est néanmoins nécessaire pour améliorer les modèles de circulation générale et une meilleure prévision du climat.

Dans le cadre de cette thèse, on s’intéresse à un front composé de deux couches de fluides miscibles en milieu tournant et soumis à un cisaillement vertical.
Un travail à la fois expérimental et numérique met en évidence des phénomènes agéostrophiques qui vont au-delà de la configuration équilibrée usuelle d’un front barocline. D’abord, l’étude des différents régimes instables d’un front en configuration annulaire en terme de nombre de Rossby et de Burger révèle une instabilité agéostrophique couplant des mouvements équilibrés et divergents grâce à la résonance entre une onde de Rossby et une onde de Kelvin. Cette instabilité Rossby-Kelvin a été confirmée numériquement grâce aux structures des perturbations en champs de vitesse dans chaque couche. Ensuite, des structures de petite échelle présentes sur le front ont aussi été observées expérimentalement. Les caractéristiques de l’interface en terme de nombre de Richardson et épaisseurs de l’interface en vitesse et en densité suggèrent une instabilité de cisaillement de Hölmböe. Une simulation directe numérique axisymmétrique avec un nombre de Schmidt valant 700 confirme cette conjecture. Des ondes inertie-gravité supplémentaires sont observées numériquement sur un mode instable Rossby-Kelvin et le mécanisme de génération de ces ondes est discuté.
Enfin l’étude numérique d’un front stable a mis en évidence la présence de couches d’Ekman internes avec une structure additionnelle pour des valeurs élevées de nombre de Schmidt et un faible nombre de Rossby.
Dans le cas de front en intersection avec une frontière horizontale (in/outcropping), la dynamique est modifiée par l’interaction du front avec les couches d’Ekman au niveau du point singulier d’épaisseur nulle. Elle dépend à la fois de la circulation verticale et du mélange sur le nez du front et des nombreuses instabilités possibles associées à des résonances d’ondes horizontalement et verticalement.

Le jury est composé de :

Mr Olivier Eiff (IMFT, Toulouse), rapporteur,
Mr Riwal Plougonven (LMD, Paris), rapporteur,
Mr Jean-Marc Chomaz (Ladhyx, Paris), examinateur,
Mr Yves Morel (LEGOS, Toulouse), examinateur,
Mr David G. Dritschel (St Andrews, Ecosse) examinateur,
Mr Jan-Bert Flor (LEGI, Grenoble), directeur de thèse.