Comparaisons entre résultats expérimentaux et numériques Sur la figure 9.9(a) sont reportées les répartitions en fonction de l’altitude kz (ou kξ)

des différentes contraintes calculées par le modèle numérique développé par Makin &

Ku-CHAPITRE 9. Etude comparative de la mesure des flux de quantité de mouvement dans un repère fixe et dans un repère mobile

(a) Modèle Numérique

(b) Expériences

Fig. 9.9 – Comparaisons entre les résultats du modèle numérique et les résultats expéri-mentaux

9.4 Conclusions dryavtsev (1999) et Kudryavtsev et al.(2001). Ce modèle, basé sur la théorie d’équilibre du spectre des vagues, estime les composantes induites par les mouvements de l’interface et donc les différentes contraintes induites et turbulentes dans un repère mobile. Cependant, ce modèle utilise un repère mobile différent du nôtre puisque l’amplitude de ses mouve-ments verticaux diminue avec l’altitude (voir Chalikov & Makin (1991)).

De plus, ce modèle étudie le taux d’accroissement des vagues sous l’action d’un écoule-ment d’air à flux constant à partir d’un état initial de l’état de mer et des caractéristiques moyennes de l’écoulement d’air (u∗, z₀, U₁₀donnés). Le modèle décrit alors l’évolution du champ de vagues et de cet écoulement jusqu’à l’obtention d’un état d’équilibre.

Les contraintes calculées sont normalisées par la contrainte totale initiale τci relative aux conditions initiales. Après le développement d’un nouveau champ de vagues et d’écou-lement aérien, la contrainte totale finale τcf est différente de la contrainte initiale. Notons ici que le modèle numérique suppose un état de mer homogène instationnaire alors que nos observations sont relatives à un état de mer stationnaire et inhomogène puisque les vagues se développent avec le fetch. Pour nos expériences, les contraintes sont normalisées par la contrainte totale mesurée dans un repère fixe et à un endroit donné. Il est alors difficile de comparer quantativement nos résultats avec les sorties du modèle, mais une comparaison qualitative des évolutions et ordres de grandeurs des différents termes peut permettre de justifier les différentes paramétrisations et hypothèses introduites dans le modèle.

Le cas présenté sur la figure 9.9(a) correspond à un état de mer où l’âge des vagues U

c est égal à 5, avec une cambrure ak proche de 0,3 et un coefficient de frottement initial C_d d’environ 0,003. Ces caractéritiques sont similaires à celles que nous observons pour le cas U7F14. Les contraintes induites et turbulentes pour ce cas sont présentées sur la figure 9.9(b).

Les évolutions verticales des termes induits liés aux composantes de la vitesse (τ_t^ξ,τ_ea^ξ etτ_etξ) sont qualitativement semblables aux résultats du modèle. Cependant, les ordres de grandeurs prédits par le modèle sont inférieurs aux valeurs expérimentales. La contrainte τ˜_p étant paramétrée par une exponentielle en−αkz dans le modèle, où α est lié à la cam-brure des vagues, l’estimation de cette contrainte par le modèle ne peut être en accord avec nos résultats.

9.4 Conclusions

Nous nous sommes intéressés à l’estimation de la traînée de forme à partir de mesures des corrélations Pression-Pente. D’un point de vue théorique, il nous semble que l’extrapo-lation à l’altitudez= 0 par rapport au niveau de l’eau au repos (via une loi exponentielle) du profil vertical des corrélations Pression-Pente, mesurées dans un repère fixe cartésien, n’a pas de sens physique. De plus, à partir de différentes mesures réalisées sur un support fixe, nous avons montré que cette technique d’extrapolation fournit pour certains cas des valeurs de la traînée de forme aberrantes.

Une connaissance approfondie de cette contrainte passe par la mesure des corrélations Pression-Pente au plus près de l’interface air-eau. La réponse expérimentale à cette problé-matique nécessite de réaliser des mesures sur un support mobile asservi aux déplacements verticaux de l’interface. De plus, d’un point de vue physique, il nous semble plus correct d’estimer la traînée de forme à partir de l’extrapolation à l’altitude ξ = 0 par rapport au

CHAPITRE 9. Etude comparative de la mesure des flux de quantité de mouvement dans un repère fixe et dans un repère mobile

niveau instantané de l’interface du profil vertical des corrélations Pression-Pente mesurées dans un repère curviligne mobile.

Nous avons donc réalisé une série de mesures des composantes de l’écoulement à l’aide d’un suiveur à vagues. Parallèlement, nous avons écrit le bilan du flux de quantité de mou-vement de l’air aux vagues dans un référentiel curviligne. Celà nous a permis de calculer les différents termes (liés aux mouvements moyens, induits et turbulents de l’écoulement) qui contribuent à la contrainte totale du vent vers les vagues dans ce repère.

La comparaison de nos résultats expérimentaux avec la théorie a permis de valider l’approche curviligne qui permet d’appréhender l’effet du déplacement des capteurs liés au suiveur à vagues sur la mesure de la contrainte totale dans un repère mobile. Nous avons montré que les différentes contributions jouent en rôle important dans la paramétrisation des échanges air-mer dans ce type de repère.

De plus, nous avons comparé nos résultats expérimentaux avec les sorties issues du modèle numérique ( Kudryavtsev et al.(2001) et Makin & Kudryavtsev (1999)) prenant en compte les mouvements induits par les vagues. Cette comparaison a mis en évidence la capacité du modèle à reproduire qualitativement les évolutions verticales des différentes contraintes qui interviennent dans le bilan du flux de quatité de mouvement écrit dans des repères mobiles.

Enfin, nous avons montré que, même à partir de mesures réalisées sur un support mobile, l’utilisation d’une extrapolation à la surface des corrélations Pression-Pente ne peut être satisfaisante pour estimer la traînée de forme.

9.4 Conclusions

Chapitre 10

Analyse critique de la méthode