Observation et modélisation des propriétés directionnelles des ondes de gravité courtes

Observation and modelling of short ocean surface gravity waves directional properties

• Auteur / Autrice : Charles Peureux
• Direction : Fabrice Ardhuin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique
• Date : Soutenance le 16/11/2017
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (Plouzané, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Redelsperger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Ardhuin, Jean-Luc Redelsperger, Nicolas Mordant, Frédéric Dias, Eléonore Stutzmann, Donald Resio
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Mordant, Frédéric Dias

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes de gravité

Modèles mathématiques

Vagues

Mots clés libres

Vagues courtes

Bruit sismoacoustique

Stéréo-vidéo

Modélisation numérique

Intégrale de recouvrement

Bimodalité

Short ocean surface waves

Seismoacoustic noise

Stereo-video

Numerical modelling

Overlap integral

Bimodality

Résumé

Les vagues courtes sont omniprésentes à la surface des océans, avec des longueurs de quelques dizaines de mètres au mètre typiquement. Connaitre leurs directions de propagation en mer est important à plusieurs titres, notamment pour la compréhension de la dynamique de l'état de mer, des échanges air-mer ou de la dérive de particules en surface. Ces distributions directionnelles sont étudiées ici au regard des progrès récents réalisés en techniques d'instrumentation. L'analyse du bruit sismo-acoustique enregistré en grandes profondeurs permet d'extraire un comportement quasi-universel qui dépend indirectement de cette distribution à travers ladite intégrale de recouvrement. Il est cohérent avec des observations directes du champ de vagues obtenues à partir de reconstructions tridimensionnelles de la surface de l'océan. Alors que la direction de propagation des vagues longues s'aligne avec celle du vent, les vagues courtes s'en détachent d'autant plus à mesure que leurs échelles diminuent (bimodalité).La comparaison de ces observations avec les prédictions d'un modèle numérique de vagues, basé sur l'environnement WAVEWATCH®III, permet de constater que ces modèles sont qualitativement valables mais encore quantitativement incorrects. Une des possibilités explorées pour corriger cet effet est la prise en compte de sources de vagues courtes à ±90° de la direction du vent, qui pourraient être associées au déferlement des vagues longues. Une telle source à elle seule n'explique pas les formes des distributions directionnelles observées. D'autres mécanismes pourraient intervenir que de futures investigations pourront tenter de clarifier.

Short surface gravity waves are ubiquitous at the ocean surface, with lengths from a few tens of meters to a meter typically.Knowing their propagation directions at sea is important in several respects, especially for the understanding of sea-state dynamics, airsea interactions and particles surface drift.Their directional distributions are here investigated in the light of the recent progress made in instrumentation techniques. The analysis of ocean bottom seismo-acoustic noise records allows for the extraction of a quasi-universal behavior which indirectly depends on this distribution through the socalled overlap integral. It is coherent with direct observations of the wave field obtained from tri-dimensional reconstructions of the ocean surface elevation field. While the propagation direction of long waves aligns with the wind direction, short waves progressively detach from it towards small scales (bimodality).Comparing those measurements with the predictions of a spectral numerical wave model, based on WAVEWATCH®III environment, allows to realize that they provide qualitatively correct but quantitatively incorrect predictions. One of the possibilities here explored to correct for it, is by accounting for the sources of energy at ±90° to the wind direction, which could be associated with the breaking of long waves. This source term on its own does not explain the shapes of the observed directional distributions. Other mechanisms could come into play that future investigations will help clarify.