Transferts d'énergie associées à la génération, propagation et dissipation de la marée interne

par Jochem Floor

Thèse de doctorat en Océanographie physique

Sous la direction de Francis Auclair.

Soutenue en 2009

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    La présente thèse est consacrée à l'étude des transferts énergétiques associés à la génération puis à la propagation et à la dissipation des marées internes induites par l'arrivée de la marée barotrope sur un accident bathymétrique dans une région océanique stratifiée. Modélisation numérique et modélisation physique sont associées de façon originale afin de localiser et de quantifier avec une grande précision l'ensemble des flux énergétiques. La circulation océanique globale transporte de vastes quantite��s de chaleur depuis l'équateur jusqu'aux pôles jouant ainsi un rôle essentiel dans le climat de notre planète. On estime aujourd'hui que le mélange contribuerait pour environ 2 TW au bilan énergétique global de cette circulation, les vents et les marées apportant environ la moitié de cette énergie. Toutefois, l'observation directe et la modélisation analytique ou numérique de l'ensemble de la cascade énergétique à l'origine de ces transferts demeurent hors de portée compte tenu de l'étendue des échelles spatio-temporelles impliquées. Dans ce contexte, cette thèse apparaît ainsi comme une étape en direction de la quantification de la cascade énergétique plus particulièrement associée aux marées internes depuis leur génération jusqu'au mélange qu'elles induisent. Dans un premier temps, un cas idéalisé correspondant approximativement à la région de Hawaï dans l'océan Pacifique ou à la dorsale médio-Atlantique est étudié numériquement avec le modèle océanique conservatif à toit libre et coordonnées Sigma généralisées Symphonie dans sa version hydrostatique. Un diagnostique énergétique complet basé sur la formulation numérique des équations dynamiques du modèle est réalisé pour tous les transferts d'origine aussi bien physique que purement numérique. Les principaux résultats de cette étude sont les suivants: 1. En moyenne sur une période, l'énergie perdue par la marée barotrope correspond presque exactement au flux vertical barotrope de flottabilité, induisant ainsi une conversion nette d'énergie depuis le compartiment cinétique barotrope vers le compartiment potentiel, 2. En moyenne sur une période, le flux barotrope net de flottabilité est approximativement équilibré par: une conversion d'énergie potentielle vers le compartiment cinétique barocline via la composante barocline du flux de flottabilité, par un gain local net d'énergie potentielle et par un flux d'énergie potentielle à travers les frontières ouvertes, 3. En moyenne sur une période, la composante barocline du flux net de flottabilité correspond presque exactement à la divergence du flux barocline associé aux forces de pression, ce dernier étant couramment identifié comme le flux radiatif associé à la marée interne. . .


  • Résumé

    In this thesis, the energy transfers associated with internal tide (IT) generation, by a stratified barotropic tidal wave impinging on sloping topography, and its subsequent propagation and dissipation are studied by means of complementary numerical and laboratory simulation. The global ocean circulation efficiently transports vast quantities of heat from equator to pole and plays a major role in global climate. In order to close the global ocean circulation, small-scale mechanical abyssal mixing is required. The required mechanical mixing energy is roughly estimated to be about 2TW, to which winds and tides each roughly contribute half. The cascade of energy from large scales to millimetric mixing remains elusive due to a lack of observations encompassing these scales, computational constraints limiting global simulation to low resolution and the theoretical intractability of the problem. This thesis presents a step towards the quantification of the energy cascade from the surface tide into internal tides and subsequent small-scale mixing. Initially, an idealised case of internal tide generation characteristic of the Hawaiian as well as the Mid-Atlantic ridge is studied using the Boussinesq, free-surface, terrain-following ocean model Symphonie. The energy diagnostics are explicitly based on the numerical formulation of the governing equations, permitting a globally conservative, high-precision analysis of all physical and numerical/artificial energy transfers in a sub-domain with open lateral boundaries. The main conclusions of this thesis are that in internal tide generation: 1. The net energy lost by the barotropic tide corresponds nearly exactly to the tidally averaged barotropic vertical flux of buoyancy, which represents a conversion into potential energy; 2. The net barotropic buoyancy flux is approximately balanced by: a conversion into baroclinic kinetic energy through the tidally averaged baroclinic vertical flux of buoyancy, a significant local gain in potential energy and an advective flux of baroclinic potential energy into the domain; 3. The net baroclinic buoyancy flux corresponds almost exactly to the baroclinic pressure flux divergence that is identified as the linear internal tide energy flux. . .

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Informations

  • Détails : 1 vol. (184 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 179-184

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2009TOU30297
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