La turbulence faibles d’ondes internes de gravité est invoquée pour interpréter de nombreuses mesures de turbulence océanique et atmosphérique. Néanmoins, les résultats expérimentaux et numériques publiés semblent montrer qu’il est extrêmement difficile ou même impossible d’obtenir un régime de turbulence faible pouvant expliquer les mesures. Nous avons mené plusieurs études numériques utilisant des solveurs pseudo-spectral du code Fluidsim (cf. 4.1) pour mieux comprendre cette problématique. Dans le cadre de la thèse de Miguel Calpe Linares [Calpe Linares 2020], nous avons simulé de la turbulence stratifiée 2D dans un plan vertical forcée par des ondes internes de gravité. Cette géométrie permet d’interdire la vorticité verticale dont on sait qu’elle a un fort effet sur les ondes internes de gravité. Même sans vorticité verticale, nous avons obtenu des écoulements fortement non-linéaires correspondant à de la turbulence d’ondes fortes. La géométrie 2D limite les calculs mais ne rend pas possible la simulation d’écoulements isotropes à petites échelles. Jason Reneuve (post-doc) a ensuite travaillé sur la reproduction d’expériences de turbulence d’ondes dans la plateforme Coriolis (décrite dans le rapport équipe EDT) et sur le calcul de spectres spatio-temporels. On a montré qu’on arrivait avec des simulations assez idéalisées utilisant un forçage en volume à reproduire la turbulence générée dans la plateforme. Ces simulations ont permis de montrer la présence de forts tourbillons de vitesse horizontale (ensuite observé dans les expériences) [Rodda, 2022]. Les calculs de spectres spatio-temporelles ont été utilisés pour analyser en détail des simulations plus idéalisées réalisées en collaboration avec Vincent Labarre (post doc Observatoire de Nice). Nous avons montré que même en modifiant les équations pour interdire les modes vorticaux, nous obtenons à grands nombres de Reynolds des régimes de turbulence d’ondes fortes [Labarre et al, 2024].
Figure : Représentation 3D du champs de flottabilité pour deux simulations de turbulence d’ondes avec et sans modes vorticaux. Tirée de Labarre et al, 2024.
References
Labarre V., Augier P., Krstulovic G. and Nazarenko S. (2024) Internal gravity waves in stratified flows with and without vortical modes. Phys. Rev. Fluids, 9:024604. doi:10.1103/PhysRevFluids.9.024604.
Rodda C., Savaro C., Davis G., Reneuve J., Augier P., Sommeria J., Valran T., Viboud S. and Mordant N. (2022) Experimental observations of internal wave turbulence transition in a stratified fluid. Phys. Rev. Fluids, 7:094802. doi:10.1103/PhysRevFluids.7.094802.
Calpe Linares M. (2020) Numerical study of 2D stratified turbulence forced by internal gravity waves. PhD thesis. Co-directed by P. Augier and N. Mordant.
