Réponse de marée des couches fluides planétaires

Tidal response of planetary fluid layers

• Auteur / Autrice : Baptiste Loire
• Direction : Jacques Laskar
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Astronomie et Astrophysique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IMCCE - Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : ASD
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Observatoire de Paris (1667-....)

Mots clés

Mots clés libres

Dynamique des fluides

Systèmes planétaires

Système Terre-Lune

Méthodes numériques

Marées océaniques

Fluides astrophysiques

Planetary systems

Numerical methods

Astrophysical fluids

Fluid dynamics

Oceanic tides

Earth-Moon system

Résumé

L'objectif de cette thèse sera de développer un code résolvant numériquement les équations de marées de Laplace pour des couches fluides planétaires de surface (océan, atmosphère) dans des configurations complexes échappant au cadre simplifié de la théorie analytique classique des marées fluides. L'étude des marées fluides planétaires en astrophysique repose essentiellement sur des modèles issus de l'approche analytique, ces derniers étant particulièrement appropriés à la fois à l'analyse physique du couplage entre la dynamique orbitale des systèmes planétaires et leurs interactions de marée, et à l'estimation de l'énergie dissipée dans une planète à partir d'un nombre réduit de paramètres clés. Néanmoins, les développements apportés à la théorie analytique des marées fluides nécessitent d'être confrontés aux résultats d'approches numériques intégrant les nombreuses sources de complexité ignorées dans les modèles permettant d'obtenir des solutions mathématiques explicites. Ainsi, le modèle développé durant la thèse pourra prendre en compte les effets de la distribution continentale, de la bathymétrie, et de la structure interne de la couche fluide sur sa réponse de marée, avec une résolution numérique des équations utilisant la méthode des volumes finis ou une méthode spectrale. Plus particulièrement, on pourra étudier l'effet de la non-linéarité des termes de dissipation d'énergie décrivant la friction des courants de marées barotropes avec le relief du fond marin. On pourra également procéder à une analyse comparative systématique de l'approche analytique avec l'approche numérique afin de quantifier la sensibilité des marées fluides aux sources de complexités ignorés dans la première. Un certain nombre d'études pourront enfin étayer la construction d'une théorie pour l'évolution du système Terre-Lune.

The objective of this thesis will be to develop a code that numerically solves the Laplace's tidal equations for surface planetary fluid layers (ocean, atmosphere) in complex configurations that escape the simplified framework of the classical analytical theory of fluid tides. The study of planetary fluid tides in astrophysics relies essentially on models derived from the analytical approach, the latter being particularly appropriate both for the physical analysis off the coupling between the orbital dynamics of planetary systems and their tidal interactions, and for the estimation of the energy dissipated in a planet from a reduced number of key parameters. Nevertheless, the developments brought to the analytical theory of fluid tides require to be benchmarked against the results of numerical approaches integrating the numerous sources of complexity ignored in the models allowing explicit mathematical solutions to be obtained. Thus, the model developed during the thesis will be able to take into account the effects of continental distribution, bathymetry, and the internal structure of the fluid layer on its tidal response, with a numerical resolution of the equations using the finite volume method or a spectral method. More specifically, the effect of the non-linearity of the energy-dissipation terms describing the friction of barotropic tidal flows against the seabed relief can be studied. A systematic comparative analysis of the analytical approach with the numerical approach could also be carried out in order to quantify the sensitivity of fluid tides to sources of complexity ignored in the former. A number of studies will finally support the construction of a theory for the evolution of the Earth-Moon system.