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)
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Dans le document
Etudes et évaluation de processus océaniques par des hiérarchies de modèles
(Page 32-38)