Etude des interactions Océan-Atmosphère à proximité immédiate de l'interface : application aux vagues de vent et aux vagues extrêmes

par Laurent Grare

Thèse de doctorat en Mécanique et physique des fluides

Sous la direction de Jean-Paul Giovanangeli et de Hubert Branger.

Soutenue en 2009

à Aix Marseille 2 .


  • Résumé

    Lors du transfert d’énergie mécanique du vent vers les vagues, une partie de l’énergie participe à l’amplification des vagues, via la traînée de forme, une autre contribue au courant de dérive, via la traînée visqueuse. Une étude expérimentale a été menée afin de déterminer la répartition de cette énergie entre ces deux traînées pour différentes conditions de vent et de vagues. La détermination de ces traînées nécessite de mesurer la pression statique au plus près de l’interface et la vitesse de l’écoulement aérien dans la sous-couche visqueuse. Une sonde de pression montée sur un dispositif « suiveur à vagues »permet de donner une description détaillée des champs de pression dans la couche limite turbulente au plus près de la surface. Un dispositif « plongeur »permet de déterminer les contraintes visqueuses à la surface. On montre que la contribution relative de la tension visqueuse est une fonction décroissante du vent et de la cambrure qui présente des modulations importantes le long de l’onde dominante. L’étude des champs de pression met en défaut les méthodes classiques de mesure de la traînée de forme par extrapolation des corrélations Pression-Pente. Une étude comparative de la mesure des flux via la méthode Inertio-Dissipative et la méthode directe montre que les résultats divergent à proximité de l’interface. On montre que des termes supplémentaires apparaissent dans l’équation bilan de l’énergie cinétique turbulente écrite dans un repère curviligne. Une étude expérimentale des interactions entre le vent et les vagues extrêmes montre que l’augmentation de la durée de vie de ces vagues en présence de vent est en partie due au mécanisme de décollement.

  • Titre traduit

    Ocean-atmosphere interaction close to the air-sea interface : wind waves and freak waves application


  • Résumé

    During the mecanical energy transfer from the wind to the waves, one part of the energy contributes to amplifying the waves through the form drag, whilst the other part contributes to the drift current through the viscous stress. An experimental study was undertaken in order to determine how this energy divides itself between the two stresses for different wave and wind conditions. The form drag is measured by the static pressure as close as possible to the surface whereas the viscous stress is measured by the wind speed in the viscous sub-layer. A pressure probe hanged on an ’wave follower’device allows us to give a detailed description of the pressure fields within the turbulent layer as close as possible to the surface. An device ’allows us to determine the shear stress at the surface. We show that the viscous stress’s contribution to the total stress is a decreasing function of the wind and of the slope which is not constant along the wave’s profile. The study of pressure fields also put in defect the classic measurement methods of the form drag which consist in extrapolating of the Pressure-Slope. A comparative study of the airsea momentum using the Inertial Dissipation method and the Eddy Correlation Method shows that results diverge when approaching the interface. We show that supplementary terms appear in the turbulent kinetic energy conservation equation written in curvilinear coordinates. An experimental study of the interactions between the wind and freak wave shows that increasing of the life expectancy of those waves in the presence of wind is partly due to the air-flow separation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (222 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.217-222

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