Instabilités barocline et paramétrique des courants de bord, application au front d'Ouessant

Baroclinic and parametric instabilities of coastal currents, application to the Ushant front

• Auteur / Autrice : Marc Pavec
• Direction : Xavier Carton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Instabilités hydrodynamiques

Atlantique (océan ; nord-est)

Circulation océanique

Iroise, Mer d' (France)

Courants marins

Mots clés libres

Courant côtier

Instabilité paramétrique

Instabilité barocline

Front de densité

Résumé

Les écoulements côtiers sont soumis à diverses sources d’instabilités, à l’origine de la formation de structures cohérentes, telles des tourbillons, dont le rôle est essentiel dans la circulation océanique et le transfert de propriétés dans l’océan. Trois configurations idéalisées de courant côtiers (frontal, quasi-géostrophique et shallow-water) sont étudiées dans cette thèse. Le mécanisme bien connu de l’instabilité barocline est mis en évidence sur chacun de ces écoulements et un autre mécanisme, celui de l’instabilité paramétrique est proposé. Il concerne des écoulements dont l’un des paramètres est soumis à une oscillation périodique. Le paramètre variable est la vitesse du courant dans l’exemple frontal, le transport ou la vorticité potentielle barocline dans l’exemple quasi-géostrophique, le courant barotrope dans le modèle shallow-water. Des calculs analytiques permettent de comparer les taux de croissance de ces deux instabilités et de montrer l’amplification de l’instabilité paramétrique au voisinage de la marginalité des systèmes vis-à-vis de l’instabilité barocline. Il est montré par intégration numérique que les effets de l’instabilité paramétrique sont de mème nature que ceux de l’instabilité paramétrique sur la configuration quasi-géostrophique. Le modèle shallow-water présente un front de densité représentatif du front d’Ouessant, Il est montré à partir de simulations numériques MICOM que le mécanisme de l’instabilité barocline permet d’expliquer en grande partie les instabilités observées le long du front. Les effets de l’instabilité paramétrique sont identifiés, mais il semble que leur impact soit faible.

Coastal currents experience many sources of instability, resulting in the formation of coherent structures such as eddies. These structures play a fundamental role in the oceanic circulation and in the transfer of properties in the ocean. Three configurations of idealized coastal currents are studied in this thesis-: a frontal one, a quasi-geostrophic one and a shallow-water one. The well known baroclinic instability is shown to exist for all these currents, and a new mechanism, the parametric instability, is described. It appears on flows which present a periodic variation of one of their components. The oscillating parameter is the current speed in the frontal configuration, the baroclinic transport or PV in the quasi-geostrophic one and the barotropic flow in the shallow-water one. Analytical calculations allow to compare growth rates of both baroclinic and parametric instability and to show the amplification of parametric instability in the vicinity of the marginal stability curve for baroclinic instability. Numerical simulations are used to show that the effects of parametric instability are similar to the effects of baroclinic instability on the quasi-geostrophic flow. The shallow-water modal presents a density front with caracteristic scales representative of the Ushant front. It is shown from MICOM simulations that baroclinic instability can explain the observed instabilities of the front for a large part. Parametric instability effects are identified, but their impact seems to be weak.