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Université de Grenoble (29/10/2010), Chantal Staquet (Dir.)
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Réflexions et réfractions non-linéaires d'ondes de gravité internes
Nicolas Grisouard1

Étudier les ondes internes est crucial pour comprendre le mélange dans l'océan. Dans cette thèse, un attracteur d'ondes 2D est tout d'abord simulé de manière directe, appuyé par une bonne comparaison avec une expérience pré-existante. Nous dérivons un modèle simple de la largeur de l'attracteur et mettons en évidence des effets non-linéaires. Nous réalisons dans une deuxième partie une étude expérimentale de la réflexion d'ondes planes sur une paroi inclinée. Les résonances prédites entre différents harmoniques n'apparaissent pas mais en revanche, un fort écoulement moyen horizontal apparaît, courbant les caractéristiques des ondes par effet Doppler. 70 à 80% du flux d'énergie incident sont dissipés ou convertis en écoulement moyen, ce dernier semblant alimenté par la dissipation des ondes. La génération d'ondes solitaires consécutive à la réflexion d'ondes sur une pycnocline est ensuite étudiée numériquement dans la troisième partie. Dans un premier temps, une étude académique, 2D est réalisée à l'aide de simulations directes. Nous montrons que des ondes solitaires de différents modes et piégées dans la pycnocline peuvent être générées. Deux critères pour comprendre la sélection d'un mode donné, l'un portant sur les différentes vitesses de phase, l'autre sur des arguments géométriques, sont définis. Ces critères sont dans un second temps comparés aux conditions du Golfe de Gascogne en été. Nous montrons qu'un rayon d'ondes internes seul ne peut générer des ondes solitaires correspondant aux observations, ce qui est corrigé en tenant compte de l'écoulement présent dans la pycnocline et indépendant du rayon d'ondes internes.
1:  LEGI - Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels
Ondes de gravité internes – Dynamique des fluides géophysiques – Écoulements stratifiés – Ondes solitaires – Triades résonantes – Attracteurs d'ondes internes – Simulations numériques – PIV

Nonlinear reflections and refractions of internal gravity waves
Internal wave studies are crucial to the understanding of deep-ocean mixing. In this thesis, we first describe a 2D direct numerical simulation of a wave attractor and validate it against pre-existing experimental data. We then propose a model for the thickness of the attractor along the direction of propagation of energy. We eventually study nonlinear effects induced by the attractor. In a second part, we describe an experimental study of the reflection of plane waves on a sloping wall. Unexpectedly, resonances between different wave harmonics are not observed. However, a horizontal mean flow is generated and the wave characteristics are curved, due to the Doppler effect. 70 to 80% of the incident energy flux is dissipated and transferred to the mean flow, the latter being seemingly generated by wave dissipation. In a third part, we perform a numerical study of the generation of internal solitary waves by an impinging wave beam. We first present direct numerical simulations of this process and show that different solitary wave modes can be excited. Criteria for the selection of a particular mode are put forward, the first one being in terms of phase speeds and the second one based on geometrical arguments. Results are compared with the configuration of the Bay of Biscay in summer. We show that a beam impinging on a thermocline initially at rest can not generate solitary waves which features agree with oceanic observations. This can be corrected by taking into account the background flow around the thermocline as found in the Bay of Biscay and independent of the internal wave beam.
Intrnal gravity waves – Geophysical fluid dynamics – Stratified flows – Solitary waves – Resonant triads – Internal wave attractors – Numerical simulations – PIV