Impact des processus turbulents de sous-méso-échelle au détroit de Gibraltar et rétroaction sur la dynamique à grande échelle: expériences physiques réalistes et outils de diagnostics

Impact of turbulent sub-mesoscale processes at the Strait of Gibraltar and feedback on the large scale dynamics: realistic physical expariments and diagnostics tools

• Auteur / Autrice : Axel Tassigny
• Direction : Eletta Negretti, Xavier Carton
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 16/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels

Mots clés

Mots clés libres

Courants de gravité en rotation

Détroit de Gibraltar

Golfe de Cadix

Contrôle hydraulique

Expérience physique réaliste

Mélange turbulent

Rotating gravity currents

Strait of Gibraltar

Gulf of Cadiz

Hydraulic control

Realistic physical experiment

Turbulent mixing

Résumé

Les courants gravitaires représentent l'un des processus clés de la sous-mésoéchelle avec une dynamique non-hydrostatique, qui conduisent aux transferts d'énergie, ont un impact sur la structure thermo-haline et sur l'échange vertical des masses d'eau dans l'océan. Ces processus de convection profonde contrôlent également le transfert de chaleur sur la Planète et les taux d'absorption du CO2 et de l'oxygène, mais aussi la distribution des particules biologiques et chimiques, la production primaire et la qualité de l'eau. Leur dynamique implique des processus sur une gamme d'échelles très variées : de l'échelle des structures statiques (topographie) et dynamiques (tourbillons méso-échelle) environnantes, du courant même, aux couches limites de quelques dizaines de mètres, jusqu'à l'échelle dissipative (centimètres). Il est impossible de résoudre la dynamique à toutes ces échelles explicitement dans les modèles numériques de la dynamique océanique. Ces processus doivent donc être paramétrés dans les codes numériques. Actuellement, la communauté nationale française s'investi fortement dans le développement d'un code baptisé CROCO (www.croco-ocean.org), qui possède en plus un mode à même de résoudre des dynamiques sous des conditions non Boussinesq-NB et non hydrostatiques-NH comme rencontrées pour les courants gravitaires. Cependant, CROCO nécessite pour son développement que l'on teste les paramétrisations existantes des processus non résolus, d'une part, et que l'on calibre et valide le code sous ces conditions plus complexes (NB, NH) d'autre part. Si l'étude proposée est assez ciblée (courant gravitaire) et par certains aspects fondamentale (développement de la turbulence, mélange), les applications visées sont focalisées sur le modèle CROCO. En effet, la prise en compte des effets physiques des petites échelles constitue l'obstacle le plus important a une précision à long terme de ce modèle ; et parmi ces effets, ceux de la turbulence verticale et du mélange associé, sont les plus notables. Les conclusions issues de la présente étude dépassent le simple cadre des courants gravitaires. L'étude proposée ici a donc une généralité réelle dans cet objectif.

Gravity currents represent one of the key sub-mesoscale processes with non-hydrostatic dynamics, which drive energy transfers, and have an impact on the thermohaline structure and on the vertical exchange of water masses in the ocean. These deep convection processes also control heat transfer on the planet and the rates of CO2 and oxygen absorption, as well as the distribution of biological and chemical particles, primary production and water quality. Their dynamics involve processes on a range of very different scales: from the scale of the surrounding static (topography) and dynamic (mesoscale eddies) structures, the current itself, to boundary layers of a few tens of metres, right down to the dissipative scale (centimetres). It is impossible to resolve the dynamics at all these scales explicitly in numerical models of ocean dynamics. These processes must therefore be parameterised in the numerical codes. The French national community is currently heavily involved in the development of a code called CROCO (www.croco-ocean.org), which also has a mode capable of resolving dynamics under non-Boussinesq-NB and non-hydrostatic-NH conditions such as those encountered for gravity currents. However, to develop CROCO, we need to test the existing parameterisations of the unresolved processes, on the one hand, and to calibrate and validate the code under these more complex conditions (NB, NH), on the other. Although the proposed study is focused on gravity currents in a specific region and, in certain respects, fundamental (development of turbulence, mixing), the targeted applications are focused on the CROCO model. Indeed, taking into account the physical effects of small scales is the most important obstacle to the long-term accuracy of this model; and among these effects, those of vertical turbulence and associated mixing are the most notable. The conclusions drawn from this study go beyond the simple framework of gravity currents. The study proposed here therefore has real generality for this purpose.