Caractérisation du déferlement des vagues de vent et du mélange des eaux superficielles concomitant

Characterization of the breaking wind waves and the concomitant turbulent mixing of surface water

• Auteur / Autrice : Rémi Chemin
• Direction : Guillemette Caulliez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut méditerranéen d'océanologie (MIO) (Marseille ; Toulon)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Devenon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Reul, Philippe Fraunié
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Victor Shrira, Danièle Hauser

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vélocimétrie laser Doppler

Vagues de vent

Océanographie

Mots clés libres

Océanographie

Vagues de vent

Déferlement

Expérimental

Oceanography

Wind-Waves

Breaking

Experiments

Résumé

Ce travail s'inscrit dans le cadre général des interactions océan-atmosphère et se concentre plus particulièrement sur l'étude expérimentale des interactions entre le vent, les vagues et le courant dans la couche de surface de l'eau. Deux aspects sont particulièrement étudiés : le développement du courant sous les premières vagues de vent, de leur génération jusqu'aux premiers micro-déferlement ; et les propriétés géométriques des vagues déferlantes. Le développement du courant est étudié grâce à un vélocimètre profileur à effet Doppler acoustique. En introduisant un référentiel mobile suivant les vagues, il a été possible d'évaluer l'évolution avec le fetch des caractéristiques principales du courant moyen, des mouvements orbitaux et de la turbulence.La plupart des mesures de déferlement effectuées précédemment se sont principalement concentrées sur des méthodes ponctuelles ou bi-dimensionnelles qui s'avèrent finalement insuffisantes pour décrire totalement les aspects fortement tri-dimensionnels de ce phénomène. L'originalité du travail présenté ici repose donc sur le développement et l'utilisation d'un système de mesure des pentes de la surface par imagerie colorée. Cette technique permet d'évaluer les deux composantes de la pente des vagues sur une zone étendue de la surface et ainsi de suivre l'évolution tri-dimensionnelle des vagues de vent déferlantes. Nous avons ainsi pu étudier l'existence d'un critère universel de déferlement et proposer une évaluation de la longueur de crête déferlante par unité de surface Lambda(c) qui a été confrontée aux modèles et résultats de la littérature.

This work is part of the general framework of ocean-atmosphere interactions and focuses more particularly on the experimental study of the interactions between wind, waves and current in the surface layer of water. Two aspects are particularly studied: the development of the current under the first wind-waves, from their generation to the appearance of micro-breaking; and the geometric properties of breaking waves.The development of the current is studied through an acoustic Doppler velocimeter profiler. The introduction of a wave-following coordinates system made it possible to evaluate the evolution with the fetch of the main characteristics of the mean current, orbital wave motions and turbulence flow.Most of the wave breaking measurements carried out previously have mainly focused on one- or two-dimensional methods, which ultimately prove to be insufficient to fully describe the highly three-dimensional aspects of this phenomenon. The originality of the work presented here is therefore based on the development and use of a color imaging slope gauge. This technique makes allows to evaluate the two components of the surface slope over a large area of the surface and thus to follow the three-dimensional evolution of breaking wind waves. We have thus been able to study the existence of a universal breaking criterion and propose an evaluation of the crest length per unit area of surface Lambda (c) which is compared to the models and results of the literature.