Thèse soutenue

Flux de quantité de mouvement à l'interface air-mer : approche théorique du couplage entre turbulence et vagues de vent
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Auteur / Autrice : Alex Ayet
Direction : Jean-Luc RedelspergerGuillaume Lapeyre
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Océanographie physique et environnement
Date : Soutenance le 09/09/2020
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) - Laboratoire de météorologie dynamique (Palaiseau, Essonne ; 1968-....)
Jury : Président / Présidente : Fabrice Ardhuin
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Redelsperger, Guillaume Lapeyre, Fabrice Ardhuin, Luc Deike, Bérengère Dubrulle, Fleur Couvreux, Sarah Gille
Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Deike, Bérengère Dubrulle

Résumé

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Malgré de nombreuses études, le lien de causalité entre vent et vagues fait toujours l’objet de controverses : cela est dû entre autres au caractère multi-échelle d'une surface océanique réaliste, et à la présence de déferlements, qui modifient radicalement sa topologie. Dans cette thèse, ces deux questions sont abordées sous un angle théorique, à travers un modèle phénoménologique, qui relie les propriétés spectrales et moyennées de la turbulence proche de paroi en utilisant la géométrie de tourbillons attachés à celle-ci. La première partie de la thèse revisite ce modèle phénoménologique en questionnant ses hypothèses sous-jacentes et révèle, en particulier, des incohérences dans les modèles utilisés pour décrire le terme de redistribution d'énergie entre composantes turbulentes (modèle de Rotta). Le modèle phénoménologique est ensuite utilisé pour étudier le couplage entre vagues de vent longues (de l'ordre de 10m) et turbulence. Les résultats démontrent que la déformation des tourbillons attachés induite par cette interaction pourrait expliquer une partie de la variabilité des flux de quantité de mouvement à un vent moyen donné. Finalement, le couplage entre la turbulence et les vagues courtes et déferlantes est abordé en définissant une sous-couche rugueuse dans laquelle les propriétés des tourbillons attachés sont définies par la vitesse des fronts déferlants dominants pour un vent donné. Ces deux études posent les bases d'un nouveau paradigme, permettant d'étudier le couplage multi-échelle entre le spectre turbulent et le spectre des vagues. Celui-ci pourrait permettre de mieux prendre en compte l'influence de paramètres environnementaux sur les flux de quantité de mouvement et de chaleur. Il ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour les études théoriques et pour l’exploration des données expérimentales.