Au-delà de la surface de la mer : Exploration des mesures de vagues océaniques sous différentes perspectives

Beyond the Sea Surface : Exploring Ocean Wave Measurements From Multiple Perspectives

• Auteur / Autrice : Daniel Santiago Pelaez Zapata
• Direction : Frédéric Dias, Vikram Pakrashi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques aux interfaces
• Date : Soutenance le 06/02/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec University College Dublin
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques Hadamard (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Borelli
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Ecole Normale Supérieure Paris-Saclay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Mathématiques (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Vayatis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Vayatis, Øyvind Breivik, Leonel Romero, Kevin Nolan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Øyvind Breivik, Leonel Romero

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interaction mer-atmosphère

Vagues

Hydrodynamique

Mots clés libres

Ondes hydrodynamiques

Déferlement des vagues

Adcp

Essaim de bulles

Hydrophones

Cfosat

Ocean waves

Wave breaking

Adcp

Bubble plumes

Hydrophones

Cfosat

Résumé

Cette thèse explore les mesures de vagues océaniques sous plusieurs perspectives, étendant l'analyse au-delà de leur manifestation visuelle à la surface de la mer. Les limitations existantes dans les technologies de mesure entravent une compréhension complète d'aspects tels que le spectre directionnel des vagues, les processus de déferlement et les essaims de bulles générées par les vagues. Cette étude intègre des données provenant de différentes plates-formes, y compris de capteurs installés au fond, de bouées de surface et de satellites, abordant les limitations de couverture spatiale et temporelle. Une nouvelle technique basée sur la transformation en ondelettes pour l'estimation du spectre directionnel de vagues est présentée, montrant des performances cohérentes et des avantages par rapport aux méthodes conventionnelles. L'analyse de la propagation directionnelle des vagues révèle des distributions étroites au pic spectral et un élargissement asymétrique aux fréquences plus basses et plus élevées. La thèse compare également les données des bouées GPS avec les observations satellitaires de la mission CFOSAT/SWIM. Les propriétés acoustiques des vagues océaniques sont examinées à travers des mesures d'essaims de bulles, révélant une relation entre la vitesse du vent, la profondeur de l'essaim de bulles et la couverture d'écume. Le rôle de la circulation de Langmuir dans le transport des essaims de bulles est mis en évidence. Le bruit sous-marin et sa corrélation avec les variables environnementales sont étudiés à l'aide d'un hydrophone monté sur le fond. Dans l'ensemble, la thèse fournit une description complète des vagues océaniques, offrant des perspectives précieuses sur les interactions complexes entre l'air et la mer.

This thesis explores ocean wave measurements from multiple perspectives, extending the analysis beyond their visual manifestation on the sea surface. Existing limitations in measurement technologies hinder a full understanding of aspects such as directional wave spectrum, wave breaking processes, and wave-induced bubble plumes. This study integrates data from various platforms, including bottom-mounted sensors, surface buoys, and satellites, addressing spatial and temporal coverage limitations. A novel wavelet-based technique for directional wave spectrum estimation is presented, showing consistent performance and advantages over conventional methods. Analysis of directional wave spreading reveals narrow distributions at the spectral peak and asymmetric broadening at lower and higher frequencies. The thesis also compares GPS buoy data with satellite-based observations from the CFOSAT/SWIM mission. The acoustic properties of ocean waves are examined through measurements of bubble plumes, revealing a relationship between wind speed, bubble plume depth, and whitecapping coverage. The role of Langmuir circulation in transporting bubble plumes is highlighted. Underwater noise and its correlation with environmental variables are investigated using a bottom-mounted hydrophone. Overall, the thesis provides a comprehensive description of ocean waves, offering valuable insights into complex air-sea interactions.