Wave breaking parameterization and spectral wave modelling

• Auteur / Autrice : Jean-François Filipot
• Direction : Fabrice Ardhuin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Vagues

Mots clés libres

Vagues

Déferlement

Modélisation spectrale

Etats de mer

Résumé

Bien que le déferlement est le plus important puits d’énergie pour les vagues, il est encore assez mal compris. Le travail présenté dans cette thèse vise à unifier la dissipation d’énergie associée au déferlement du large à la côte à travers le développement d’un nouveau paramétrage destiné aux modèles spectraux de prévision des états de mer. Le premier résultat de cette thèse est un paramétrage de la probabilité de déferlement applicable du large à la côte et permettant de séparer les différentes échelles pouvant être présentes dans un champ de vagues. Ce paramétrage a servi de base à un nouveau terme source de dissipation d’énergie liée au déferlement et destiné aux modèles spectraux de prévision des états de mer. Ce terme repose en outre sur le paramétrage de deux autres grandeurs fondamentales pour le déferlement : le taux de dissipation par unité de longueur de crête de déferlante et la densité de longueur de crête par mètre carré. Les résultats de la validation réalisée à l’échelle globale ainsi qu’à l’échelle d’une plage suggèrent qu’il est possible de représenter la dissipation par déferlement par un unique paramétrage, du large à la côte. D’autre part, deux études portant sur la directionalité du déferlement et sur les modulations du déferlement des vagues courtes par les vagues longues ont été abordées. Ces deux aspects peuvent aussi avoir des conséquences importantes sur la dissipation d’énergie par déferlement.

Although breaking is the most important energy sink term for wind-generated waves, the underlying physical processes are the least understood. The work presented in this thesis s aimed at unifying the wave breaking induced dissipation from deep to shallow water through the development of a novel parameterization designed for spectral wave models. The first result of this work is a parameterization of the breaking probability enabling to discriminate among the wave scales present within a given wave field and applicable from the deep ocean to the surf zone. This parameterization was used as the basis of a new spectral source term for the wave breaking induced-dissipation. This source function is based on the parameterization of three basics physical quantities: the breaking probability, the dissipation rate per unit crest length and the crest length density per unit area. The results of the validation performed at global scale and at beach scale suggest that it is possible to represent the wave breaking induced dissipation by a single formulation. We shall besides discuss a study of the breaking directionality and the impact of the presence of long waves on the breaking of short waves. Both effects may as well have important on the breaking dissipation parameterization.