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Ecole Polytechnique X (2008-01-25), Michael Ghil, Alexandre Stegner (Dir.)
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Dynamiques et stabilités de tourbillons océaniques en intéraction avec la côte et la topographie
Samuel Teinturier1, 2

Les tourbillons et les écoulements méso-échelles océaniques contribuent de façon importante au transport de masses d'eau et de chaleur dans l'océan. La compréhension de leurs dynamiques, et de leurs interactions avec la topographie, est primordiale, pour caractériser les échanges thermohalins, le déplacements d'espèces biologiques ou de polluants. En particulier, les courants et tourbillons de surface, situés dans les cent ou deux cents premiers mètres de profondeur, jouent un rôle capital dans les échanges entre la zone côtière et la zone hauturière. Cette thèse porte sur la modélisation expérimentale idéalisée de deux phénomènes pouvant participer activement aux échanges horizontaux et verticaux dans la couche supérieure océanique. Les sillages d'îles peuvent être le lieu d'instabilités fortes dans les zones anticycloniques de l'écoulement. Des expériences ont été réalisées sur la Plateforme Coriolis (LEGI) à Grenoble, pour identifier les régimes dynamiques de ces instabilités. Ce dispositif (13 mètres de diamètre) a permis d'atteindre de faibles rapports d'aspects géométriques, tout en travaillant avec un dispositif couche-mince. Des visualisations avec colorants et des mesures du champ de vitesse horizontal par intercorrélation de particules ont été réalisées, afin d'étudier la sensibilité des instabilités dans les anticyclones pour différentes gammes de nombres de Reynolds et de Rossby. Nous montrons que ces instabilités sont présentes dès la couche limite anticyclonique, autour de l'île. L'autre partie de ce travail concerne la dynamique d'un tourbillon de surface, en interaction avec la côte ou le talus océanique. Des mesures récentes (campagne EGYPT-1) nous ont permis de mesurer la dérive particulière d'un anticyclone de surface le long de la côte libyenne. Cette dérive vers l'est ne peut s'expliquer par la simple prise en compte de l'effet beta ou de l'effet miroir le long de la côte. Des expériences idéalisées sont menées sur la table tournante de l'ENSTA, afin de modéliser de façon simple l'interaction d'une côte ou d'un talus sur la dynamique d'un anticyclone, à la surface d'un dispositif bi-couche. La vitesse de ce tourbillon de surface voit notamment sa dérive doubler lorsqu'il se trouve initialement à la base de la pente, montrant ainsi l'existence d'une rétroaction possible de la couche du fond sur la dynamique de la couche de surface.
1:  LMD - Laboratoire de Météorologie Dynamique
2:  UME - Unité de Mécanique
Expériences sur table tournante – stratifications 2 couches – PIV haute résolution – écoulements côtiers – échanges verticaux ou horizontaux dans l'océan – instabilités dans les anticyclones – interactions avec côte ou talus
http://www.polymedia.polytechnique.fr/CenterView.cfm?ID=427&Table=these&View=&BackUrl=Table%3Dthese%26Sort%3DTitreFr%26StartRow%3D81

Oceanic meso-scale vortices and flows contribute significantly to the transport of water and heat in ocean. To understand their dynamics and their interactions with topographical features, it is essential to characterize the salt exchange, the movement of biological species or pollutants. In particular, surface currents and eddies, located in the first hundred or two hundred metres, play a crucial role in exchange between the coastal zone and the open sea. This is a study of modelling two experimental idealized phenomena that could participate actively in the horizontal and vertical exchanges in the ocean surface layer. Unlike the standard bidimensional Kármán street, the oceanic vortex streets which may occur behind isolated islands are affected by the earth's rotation and the vertical stratification of the thermocline. These effects induce a selective destabilisation of anticyclonic vorticity regions. Several experimental studies were carried out on the LEGI Coriolis Platform, to characterize the dynamical processes of these instabilities. The LEGI rotating tank (13 m in diameter) allows us to reach a small aspect ratio, while using a shallow water configuration. Qualitative dye visualisations and PIV measurements allow us to identify different dynamic regimes, in a given range of Rossby and Reynolds numbers. We show that these instabilities occur at the anticyclonic boundary layer around the island. The other part of this work concerns the dynamic of a surface-intensified vortex interacting with the coast or the shelf. The first data sets of the EGYPT cruises in the eastern Mediterranean sea reveal a large meso-scale vortex travelling along the Libyo-Egyptian shelf. The observed westward drift speed is significantly faster than expected from the beta-effect only. Idealised experiments are carried out on the ENSTA turntable, to model a simple interaction of the coast or the shelf wih the dynamics of a surface anticyclone, in a two layer configuration. The drift speed of this surface vortex is double when it is initially at the base of the shelf, showing a feedback between the deep layer and the surface flow.
Rotating platform experiments – 2-layer stratification – high resolution PIV – coastal flows – vertical and horizontal exchanges in the ocean – anticyclonic instabilities – interactions with coast or shelf