Les états de mer sont généralement analysés par transformée de Fourier, ce qui sous-tend qu’ils seraient constitués en première approximation d’une somme d’ondes linéaires. Une approche alternative consiste à identifier les ondes non-linéaires de type soliton, ce qui pourrait s’avérer plus pertinent pour prédire les vagues extrêmes par exemple. Prédit théoriquement par Zakharov en 1971, un gaz de solitons caractérise un état dominé par les ondes non-linéaires. De tels états intéressent de nombreux domaines de la physique. Les premières observations expérimentales en en eau peu profonde ont été réalisées au LEGI en canal 1D par Redor et al. (2019, 2020, 2021), et en bassin 2D (LHF, Artelia) par Leduque et al. (2024). Ces travaux ont été menés dans le cadre d’une collaboration avec N. Mordant (équipe EDT, ERC WAveTUrbulence, ANR SOGOOD).
Figure : Exemple de mesures d’élévation de la surface libre par stéréo-vidéo et d’un spectre de Fourier d’un gaz de solitons, en espace pour une fréquence fixée : en trait plein la relation de dispersion des ondes linéaires, en tirets la propagation des ondes longues en eau peu profonde (de célérité c=gh, où g est l’accélération de la gravité et h la profondeur d’eau), les tâches rouges à l’intérieur du cercle confirment la prépondérance des solitons pour cet exemple (voir Leduque, 2024).
Références
Leduque T, (2024). Étude expérimentale et numérique d’ondes non-linéaires multidirectionnelles en eau peu profonde : application aux gaz de solitons. Thèse de l’Université Grenoble Alpes.
Leduque T, Barthélemy E, Michallet H, Sommeria J, Mordant N (2024). Space–time statistics of 2D soliton gas in shallow water studied by stereoscopic surface mapping. Experiments in Fluids 65 (6), 84.
Redor I (2019) Etude expérimentale de la turbulence intégrable en eau peu profonde. Thèse de l’Université Grenoble Alpes.
Redor I, Barthélemy E, Michallet H, Onorato M, Mordant N (2019). Experimental evidence of a hydrodynamic soliton gas. Physical Review Letters 122(21):214502
Redor I, Barthélemy E, Mordant N, Michallet H (2020). Analysis of soliton gas with large-scale videobased wave measurements. Experiments in Fluids 61:1–14
Redor I, Michallet H, Mordant N, Barthélemy E (2021). Experimental study of integrable turbulence in shallow water. Physical Review Fluids 6(12):124801
