PERRET
L'étude de asymétrie cyclone-anticyclone dans les sillages de grande échelle
Elle se tiendra le jeudi 1er décembre à 14h30, en salle 316 du LMD-ENS
(24, rue Lhomond, Paris 05), devant le jury composé de :
Marie Farge directeur de thèse
Alexandre Stegner co-directeur de thèse
Xavier Carton rapporteur
Joël Sommeria rapporteur
Jérôme Brossard examinateur
Jean-Marc Chomaz examinateur
Herman Clercx examinateur
Vladimir Zeitlin examinateur
Résumé :
Les écoulements géophysiques de grande échelle sont définis par une taille
caractéristique plus grande que le rayon de déformation. L'observation de
ces écoulements a mis en évidence une prédominance des anticyclones. Cette
prédominance est également observée dans les modèles. Les anticyclones
sont plus gros et plus nombreux que les cyclones dans la turbulence en
déclin, ils sont également plus stables lorsque la taille des tourbillons
devient plus grande que le rayon de déformation.
Pour étudier le cas des sillages de grande échelle, nous avons
utilisé une approche numérique, expérimentale et théorique. L'ensemble de
l'étude a été menée dans le modèle de Saint-Venant qui décrit la dynamique
d'une couche mince en rotation.
Les simulations numériques, comme les expériences de laboratoire, ont mis en
évidence une structure de sillage encore jamais observée : en régime
frontal, l'allée tourbillonnaire n'est formée que d'anticyclones. De plus,
deux couches de cisaillement se forment et s'étendent jusqu'à deux
diamètres derrière l'obstacle, distance à laquelle les tourbillons sont
crées.
L'étude de stabilité locale de sillages expérimentaux parallèles
permet de déterminer les mécanismes responsables de l'asymétrie. D'une
part, l'asymétrie de l'écoulement autour de l'obstacle conduit à une
asymétrie dans l'allée tourbillonnaire mais n'explique pas à elle seule
la forte déformation des cyclones. D'autre part, le régime frontal
stabilise la partie cyclonique de l'écoulement et l'évolution non-linaire
de la perturbation produit une structure similaire aux sillages de grande
échelle observés dans l'expérience. De plus, dans le cas frontal, le
sillage devient instable convectif, contrairement aux allées classiques de
von Karman.
Pour déterminer si l'instabilité barotrope tend à favoriser la formation
d'anticyclones dans les écoulements de grande échelle, nous avons étendu
l'étude de stabilité précédente à des jets, cisaillements et sillages
parallèles. L'étude de stabilité de jets montre que le régime frontal tend
à stabiliser très fortement les écoulements. Pourtant lorsque les parties
cycloniques et anticycloniques des écoulements sont distinctes, i.e.
cisaillements ou sillages, seule la partie cyclonique est fortement
stabilisée en régime frontal. Dans le cas de cisaillements simples,
l'évolution non-linaire de la perturbation donne lieu à la formation de
tourbillons cycloniques et anticycloniques axisymétriques. Par contre,
lorsque les deux cisaillements sont couplés, comme c'est le cas des
sillages, l'apparition des anticyclones en premier déforme la couche de
cisaillement cyclonique et inhibe la formation des cyclones.
Ceci peut être un des mécanismes responsables de la prédominance des
anticyclones dans les écoulements et structures océaniques de grande
échelle.
