Différents régimes en régions supercritiques

Notre analyse de régimes d’ondes internes en région « supercritiques » à l’échelle du laboratoire a permis d’identifier des comportements d’ondes internes très diverses. Ces comportements vont avoir un impact direct sur la localisation du mélange induit par les ondes internes générées. La mise en place d’un principe de similitude a permis de mettre en évidence le fait que ces régimes étaient

178 représentatifs des échelles océaniques et qu’à l’échelle océanique, ils étaient régis par les mêmes paramètres adimensionnés.

1.2.1. Génération de solitons modes 2 : acteur du mélange local ou pas ?

Lorsque la topographie supercritique sélectionne préférentiellement un mode 2 ( ) et

que l’écoulement est non-linéaire, celui-ci peut alors dégénérer en train d’ondes internes solitaires. Ce critère est similaire à celui mis en évidence par Dossmann et al. (2013) pour la formation d’ondes internes solitaires mode 1. La localisation du mélange induit par ce train d’ondes solitaires mode 2, associé à la distance qu’il parcourt, dépend fortement des conditions environnementales, c'est-à-dire de la topographie et des courants barotropes. Dans le cas où le courant de marée barotrope est supercritique vis-à-vis des modes 2, deux destinées sont envisageables pour ces solitons mode 2.

Des solitons mode 2 de courte durée de vie : acteur d’un mélange local

Lorsque la marée s’inverse et que le ressaut hydraulique qui s’est formé au sommet du mont sous-marin est relâché, le soliton mode 2 peut alors commencer à se propager le long de la pente descendante du mont, il est advecté par un courant de marée favorable à sa propagation. Si le soliton mode 2 n’a pas le temps de sortir de la zone de génération supercritique et qu’il est toujours au-dessus d’une pente topographique fortement inclinée lorsque le courant s’inverse à nouveau, il se retrouve piégé au dessus du mont et est dissipé rapidement par les effets du contrôle hydraulique. Le soliton mode 2 participe alors au mélange local.

Des solitons mode 2 de plus longue durée de vie : acteur de transfert énergétique en dehors de la zone de génération

En revanche si le soliton mode 2 a le temps de « s’échapper » de la région supercritique avant que la marée ne s’inverse, les interactions avec le courant lui seront bénéfiques. Son amplitude augmentera au cours de sa propagation au-dessus de la pente descendante et il pourra alors se propager dans des eaux plus lointaines en dehors de sa zone de génération. Dans de telles conditions, il participera à des transferts énergétiques au-delà de la zone de génération.

La destinée des solitons mode 2 dépend donc à la fois de leur vitesse effective de propagation, des dimensions de la topographie, et de la période de la marée.

1.2.2. Déferlement plongeant au-dessus de la zone de génération & solitons mode 1: un mélange à la fois local et délocalisé

Ce comportement a été observé pour des courants de marée supercritiques vis-à-vis de l’ensemble des modes verticaux ( ) dans le cas de topographies fortement supercritiques

( ) sélectionnant les modes verticaux bas et pour des pycnoclines proches du sommet du

mont (B > 0.8).

Dans ce type de régime, lorsque le courant s’inverse et que le ressaut hydraulique est relâché sous la forme d’un bore, il déferle de façon spectaculaire au sommet du mont sous-marin. Le critère

179 d’instabilité cinématique est atteint et on observe un déferlement plongeant de ce bore induisant un mélange local diapycnal important. De plus, des solitons mode 1 de grande amplitude se propagent loin de la zone de génération de chaque côté du mont sous-marin. Ces ondes, reconnues pour leur grande stabilité, vont se propager sur de grandes distances et seront responsables d’un mélange délocalisé. Des hauts modes verticaux peuvent également être générés si le contrôle topographique est propice à l’émission de ces modes. Ils restent cependant piégés au-dessus de la zone de génération, sont rapidement dissipés et participent ainsi au mélange local.

1.2.3. Tourbillons et décollement de jet : un mélange turbulent important dans le sillage du mont

Ce régime est caractéristique des courants de marée très supercritiques ( ) dans le cas de

topographies fortement supercritiques ( ) sélectionnant les modes verticaux bas et pour

des pycnoclines proches du sommet du mont (B > 0.8).

Dans ce régime, le ressaut hydraulique est déplacé plus en aval du sommet du mont dû à un contrôle hydraulique plus intense et plus étendu. Le déferlement se déclenché légèrement plus tôt et se situe plus en aval du sommet du mont. Ce déferlement entraîne un mélange local diapycnal important dans le sillage du mont. De plus, un tourbillon se forme dans les basses couches de celui-ci (couche homogène en dessous de la pycnocline). Il est associé à un décollement de la couche limite au sommet du mont qui induit la formation d’un jet en aval de celui-ci. Ce régime est donc caractérisé par de fortes dissipations dans le sillage du mont. Elles sont localisées au niveau de la pycnocline via le mélange diapycnal induit par le déferlement du ressaut hydraulique comme dans les basses couches par le dépôt de quantité de mouvement dû à la formation de tourbillon.

1.2.4. Jet le long de la topographie : frottements au fond

Ce régime est caractéristique des courants de marée très supercritiques ( ) dans le cas de

topographies supercritiques moins pentues, n’étant favorables à aucun modes verticaux ( )

et pour des pycnoclines proches du sommet du mont (B > 0.8).

Dans ce régime, présentant une topographie un peu moins pentue que le précédent, un ressaut hydraulique de grande amplitude se forme dans le sillage du mont, formant un gradient de pression important qui va contraindre l’écoulement de marée barotrope dans les basses couches. Ce ressaut hydraulique reste stable durant toute la période de marée supercritique et entraîne la formation d’un jet intense le long de la topographie. Les frottements au fond, induits par ce courant intense le long de la topographie, vont entraîner de la dissipation locale.

1.2.5. Ondes de sillage : « radiateurs » d’énergie « moins » efficaces

Ce régime est caractéristique de courants de marée supercritiques ( ) de grande excursion (A) devant la largeur de la topographie et pour des pycnoclines un peu plus éloignées du sommet du mont (B<0.8).

180 Dans ce régime, le ressaut hydraulique est placé encore un peu plus en aval de la zone de génération au-dessus d’une topographie générant des ondes de sillage mode 1 quasi-stationnaires en aval de ce ressaut. Lorsque le courant de marée barotrope s’inverse, ces ondes sont relâchées et se propagent au dessus de la zone de génération. Elles sont alors soumises au contrôle topographique, qui sélectionne les sous-harmoniques de la marée interne ayant des longueurs d’ondes proches de la largeur de la topographie (dans le cas où la largeur de la topographie est inférieure à la longueur d’onde du mode 1). Ce régime semble moins turbulent à l’intérieur de la zone de génération (pas de déferlement, de tourbillon ou de jet), il génère uniquement des ondes ayant une structure de mode 1. Toutefois, ces ondes sont de plus petites longueurs d’ondes et se dissiperont donc plus rapidement.