Étude expérimentale et théorique de la turbulence d'ondes internes de gravité
Auteur / Autrice : | Nicolas Lanchon |
Direction : | Pierre-Philippe Cortet |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Mécanique des fluides |
Date : | Soutenance le 21/06/2024 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Fluides, automatique et systèmes thermiques (Orsay, Essonne ; 1997-....) |
référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....) | |
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….) | |
Jury : | Président / Présidente : Sébastien Galtier |
Examinateurs / Examinatrices : Michael Le Bars, Nicolas Mordant, Bérengère Dubrulle, Eric Falcon | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Michael Le Bars, Nicolas Mordant |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
La stratification en densité des fluides modifie profondément leur dynamique en permettant la propagation d'ondes internes de gravité dans leur volume. Leur description, et notamment le problème de la « turbulence stratifiée », est essentielle pour la modélisation de l'atmosphère et des océans. Il est en particulier proposé que la dynamique océanique à petite échelle résulte d'une turbulence d'ondes internes faiblement non-linéaire, sans que cette description n'ait pour l'instant pu être confirmée de manière définitive.Durant ma thèse, j'ai étudié la turbulence d'ondes internes de gravité expérimentalement et théoriquement. Nous avons forcé un ensemble d'ondes dans un fluide stratifié afin d'étudier leur évolution vers un régime turbulent. Comme dans la majorité des études passées, nous avons constaté l'émergence de modes propres de la cuve expérimentale, discrétisant le spectre de l'énergie en fréquence et en vecteur d'onde et éloignant l'écoulement des régimes décrits théoriquement. Nous avons cependant montré que l'introduction dans la cuve de plans faiblement inclinés permet de prévenir la concentration de l'énergie dans ces modes propres. Nous avons alors entamé la conception d'un second dispositif, basée sur une cuve 8000 L, nous permettant d'accéder à des paramètres sans dimension nettement plus favorables, dans l'objectif d'accéder à un régime développé de turbulence d'ondes.En parallèle, nous avons examiné sous un nouvel angle la théorie de la turbulence d'ondes internes de gravité. Bien que les travaux sur ce sujet soient nombreux, aucune prédiction satisfaisante n'avait jusqu'ici été dérivée du fait de la divergence de certaines intégrales. Dans le cadre de ma thèse, nous avons dérivé une version tronquée de l'équation de la turbulence d'ondes internes qui nous a permis de prédire des lois d'échelle pour les spectres de l'énergie en accord avec les exposants mesurés dans les océans. L'hypothèse centrale de notre théorie est que les transferts d'énergie sont dominés par une classe d'interactions non locales en fréquence et en nombre d'onde et qui conservent le rapport entre la fréquence des ondes et leur nombre d'onde vertical.