Simulations numériques de vagues déferlant sur une bathymétrie 3D : étude des instabilités générées lors du déferlement, de l'entrainement de l'air et de la turbulence dans le rouleau de déferlement en interaction avec la bathymétrie

Numerical simulations of breaking waves on a 3D bathymetry: study of instabilities generated during breaking, air entrainment and turbulence in the breaking roller in interaction with bathymetry

• Auteur / Autrice : Matthias Largen
• Direction : Pierre Lubin, Stéphane Glockner
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Inscription en doctorat le 04/10/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : I2M - Institut de Mécanique et d'Ingénierie de Bordeaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : TREFLE : Fluides et Transferts

Mots clés

Mots clés libres

Simulation numérique

Déferlement de vague

Récifs coralliens

Turbulence

Numerical simulation

Breaking waves

Reef

Turbulence

Résumé

Le sujet de thèse vise à une meilleure compréhension et une description détaillée de l'évolution temporelle et spatiale de la région aérée dans le rouleau déferlant, lorsqu'une houle se propage et déferle sur une bathymétrie 3D (plage ou récif). De nouvelles configurations seront ensuite proposées afin d'étudier avec précision les instabilités hydrodynamiques conduisant à l'entraînement d'air et à la génération des nuages de bulles, ainsi que le mouvement instationnaire des rouleaux déferlants. Afin de mieux comprendre les processus physiques, différents types de déferlement pourront être simulés (plongeants et déversants). Les simulations numériques 3D parallèles des vagues déferlantes fourniront la structure hydrodynamique complète de l'écoulement, de la naissance du processus de déferlement à l'aération des structures tourbillonnaires. La génération des instabilités, à l'origine des tourbillons aérés mis en évidence par Lubin and Glockner (2015), sera détaillée, et l'impact de ces structures sur la dynamique globale sera évaluée, y compris l'interaction avec d'autres structures 3D plus grandes de l'écoulement (tourbillons horizontaux, tourbillons « obliquement descendants », downbursts). Nous visons à en déduire des grandeurs destinées à un effort de modélisation (détection de déferlement, quantification de l'intensité des vagues déferlantes, propriétés des rouleaux, description des bulles et des gouttelettes, turbulence, d'énergie)pour des outils de simulation à plus grande échelle.

The aim of this thesis is to provide a better understanding and a detailed description of the temporal and spatial evolution of the aerated region in the breaking roller, when a swell propagates and breaks over a 3D bathymetry (beach or reef). New configurations will then be proposed to accurately study the hydrodynamic instabilities leading to air entrainment and bubble cloud generation, as well as the unsteady motion of the breaking rollers. In order to gain a better understanding of the physical processes involved, different types of breakers (plunging and overtopping) can be simulated. Parallel 3D numerical simulations of breaking waves will provide the complete hydrodynamic structure of the flow, from the onset of the breaking process to the aeration of vortex structures. The generation of instabilities, at the origin of the aerated eddies highlighted by Lubin and Glockner (2015), will be detailed, and the impact of these structures on the overall dynamics will be assessed, including the interaction with other larger 3D structures in the flow (horizontal eddies, ''obliquely downward'' eddies, downbursts). We aim to derive quantities for use in modeling (breaking detection, quantification of breaking wave intensity, roll properties, bubble and droplet description, turbulence, energy) for larger-scale simulation tools.