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Dans mes travaux sur les panaches convectifs (voir section 4.4) et la convection ho- ho-mog`ene (voir section 4.5) nous avons montr´e que la composante horizontale du vecteur

de rotation, qui est n´eglig´ee dans l’approximation traditionnelle, est essentielle pour la

dynamique convective. Les panaches convectifs commencent leur descente dans la

direc-tion verticale mais apr`es seulement un tiers de la p´eriode de rotadirec-tion ils sont d´evi´es par la

rotation et poursuivent leur descente dans la direction de l’axe de rotation plutˆot que celle

de la composante horizontale du vecteur de rotation et une particule qui descend est d´evi´ee

vers l’ouest. Dans le cas de la convection homog`ene ceci am`ene `a un cisaillement vertical

de la vitesse horizontale qui s’´etend sur toute la zone convective. La caract´eristique

prin-cipale d’une zone de convection est sa stratification en temp´erature et/ou densit´e. A l’aide

de mes simulations, j’ai clairement montr´e que ce n’est pas la premi`ere d´eriv´e verticale

de la temp´erature qui est constante, comme souvent suppos´e, mais la deuxi`eme. Cette

propri´et´e nous permet de d´eterminer explicitement les param`etres du transport diffusif

et non-local de la param´etrisation KPP. Ces r´esultats sont d´ecrits dans les publications

reproduites en section 4.4 et 4.5.

Si l’eau plongeant grˆace `a un processus convectif rencontre le fond de l’oc´ean ou si

l’eau dense passe un d´etroit, un courant gravitaire est cr´e´e. Les courants gravitaires sont

omnipr´esents dans l’oc´ean. J’ai ´etudi´e la dynamique d’un courant gravitaire et d´etermin´e

ses caract´eristiques principales. J’ai d´emontr´e que un courant gravitaire dans un rep`ere

en rotation est compos´e de deux parties, une veine, la partie ´epaisse, et une couche fine

en aval de la veine, le couche de friction (voir section 4.7). Des masses d’eau denses sont

´eject´ees de la veine vers le couche de friction. Pour des courants gravitaires id´ealis´es j’ai

d´emontr´e que la dynamique de l’´epaisseur de la veine est d´ecrite par l’´equation de la

chaleur. Ce processus est gouvern´e par la friction de fond. J’ai ´egalement eu la possibilit´e

de faire des exp´eriences de laboratoire sur la plaque tournante Coriolis `a Grenoble. Je me

suis int´eress´e `a l’´evolution de l’´epaisseur du courant gravitaire et son ´evolution temporelle

et spatiale. Les r´esultats de ses exp´eriences de laboratoire m’ont permis de valider r´esultats

num´eriques et analytiques. Les r´esultats sur la dynamique d’un courant gravitaire id´ealis´e

se trouve dans la section 4.7

Apr`es avoir constat´e que la friction de fond est un processus important, la d´etermination

des lois et param`etres de friction est essentielle. J’utilise alors l’assimilation de donn´ees

pour estimer les param`etres de friction. Plusieurs types de donn´ees peuvent ˆetre assimil´ees

pour permettre une estimation de ces param`etres, toutefois, la variable la plus facilement

observable dans un courant gravitaire est son ´epaisseur. La vitesse montre en effet une

trop grande variabilit´e en espace et en temps pour permettre une d´etermination

suffi-sante mˆeme des valeurs moyennes. La question qui se pose est alors : Est-ce que les lois

et param`etres de friction peuvent ˆetre estim´ees `a partir des observations de l’´epaisseur

d’un courant gravitaire ? J’ai explor´e cette question d’abord `a l’aide d’ “exp´eriences

ju-melles.” La r´eponse et positive mais mes r´esultats montrent aussi que la d´etermination de

la friction totale, lin´eaire plus non-lin´eaire, se fait facilement ; la r´epartition de la friction

totale entre les deux lois est plus difficile. Les d´etails de cette ´etude se trouvent en section

4.6. Apr`es avoir d´etermin´e que l’observation de l’´evolution temporelle de l’´epaisseur d’un

courant gravitaire permet d’estimer les param`etres de friction entre le courant et le fond

dans des “exp´eriences jumelles,” j’ai ´etudi´e la d´etermination des param`etres de friction

dans des donn´ees provenant d’une s´erie de simulations non-hydrostatiques d’un courant

gravitaire. L`a encore j’ai pu d´eterminer les param`etres et les lois de friction. Les r´esultats

montrent une loi lin´eaire pour des faibles nombre de Reynolds, suivie de l’augmentation

lin´eaire se comparent bien aux r´esultats des exp´eriences de laboratoires pour des lois de

friction. Plus de details se trouvent en section 4.8

En mˆeme temps nous consid´erons la dynamique d’un courant gravitaire dans un

mod`ele oc´eanique, NEMO / OPA, avec deux syst`eme de coordonn´ees, “z” et “σ”. Dans ce

travail nous cherchons la grille de calcul qui donne le meilleur compromis entre une bonne

repr´esentation de la dynamique d’un courant gravitaire et le coˆut num´erique. Nous avons

en effet montr´e que quelques couches “sigma” fines au fond de l’oc´ean sont n´ecessaires

pour permettre une repr´esentation r´ealiste de la dynamique du courant gravitaire mˆeme

en ce qui concerne sa partie ´epaisse, la veine. En effet, nos simulations montrent que la

descente du courant gravitaire augmente de presque un ordre de grandeur simplement

en augmentant la discr´etisation verticale. Les oc´eanographes num´ericiens ont bien

l’habi-tude de raffiner leurs maillage `a la surface. Nos r´esultats montrent qu’un raffinement pr`es

du fond est ´egalement important, pour une meilleur repr´esentation des effets de friction

de fond sur les courants gravitaire ainsi que sur la circulation oc´eanique toute enti`ere.

Les r´esultats concernant l’effet de discr´etisation sur la dynamique d’un courant gravitaire

id´ealis´e se trouvent dans la section 4.7.

Comme j’ai montr´e dans ce chapitre, le sujet de ma recherche sont les processus

sub-m´eso ´echelle, c.a.d. les ´echelles `a la fois trop petites pour l’oc´eanographie “classique”,

´etudiant la dynamique quasi g´eostrophique, et trop grande pour le dynamicien de fluide

“classique”, ´etudiant la turbulence stratifi´e en rotation. Une gamme d’´echelle qui s’´etend

sur environ 4 ordres de grandeur. Je suis convaincu que la dynamique `a ces ´echelles ne

poss`ede pas une th´eorie universelle mais est au contraire compos´e de diff´erents processus

importants. L’identification et l’´etude de ces processus, de leurs interactions et de leurs

influences sur la dynamique `a des grandes et petites ´echelles sont essentielles pour notre

compr´ehension de la dynamique oc´eanique dans le futur.

Ma formation de dynamicien de fluide “classique” pendant ma th`ese ainsi que ma

formation d’oc´eanographe “classique” apr`es, m’aide `a attaquer l’´etude de la dynamique

`a ces ´echelles interm´ediaires. C’est ce travail que j’envisage de poursuivre.

“De quoi je fais ici une d´eclaration que je sais bien ne pouvoir servir `a me rendre

consid´erable dans le monde ; mais aussi n’ai aucunement envie de l’ˆetre ; et je me tiendrai

toujours plus oblig´e `a ceux par la faveur desquels je jouirai sans empˆechement de mon

loisir, que je ne ferais `a ceux qui m’offriraient les plus honorables emplois de la terre”.

[1] DRAKKAR (2003), The ocean circulation in the North Atlantic and the Nordic

seas : Variability, processes and interactions with the global ocean. Drakkar Research

Proposal, Laboratoire des Ecoulements Gophysiques et Industriels, Grenoble, July

2003, 34 pp. (http//www.ifremer.fr/lpo/drakkar)

[2] E. Fermi, J. Pasta & S. Ulam, Los Alamos Scientific Laboratory report LA-1940

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[3] A. Colin de Verdi`ere (2002), Un fluid lent entre deux sph`eres en rotation rapide :

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[4] P.R. Gent & J.C. McWilliams (1990), Isopycnal mixing in ocean circulation models.

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[5] P. M¨uller & C. Garrett (2002), From stirring to mixing in a stratfied ocean,

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[6] M¨uller, P., J. McWilliams and J. Molemaker (2005) Routes to dissipation. The 2D/3D

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[7] H. Poincar´e, La Science et l’Hypoth`ese 1899. Flamarion , Paris, ISBN : 2-08-081056-1

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[8] G. Vallis 2006, Atmospheric and Oceanic Fluid Dynamics, Cambridge University

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[9] J. Willebrand, B. Barnier, C. B¨onning, C. Dietrich, P.D. Killworth, C. LeProvost,

Y. Yia,J.-M. Molines, A.L. New (2000), Circulation characteristics in three

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[10] C. Wunsch & R. Ferrari Vertical mixing, energy, and the general circulation of the

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