Internal waves and mean flow in the presence of topography

par Keshav Jayakrishnan Raja

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement

Sous la direction de Joël Sommeria.

Le président du jury était Thierry Dauxois.

Le jury était composé de Chantal Staquet, Caroline Muller.

Les rapporteurs étaient Triantaphyllos Akylas, Victor Shrira.

  • Titre traduit

    Les ondes internes et l'écoulement moyen en présence de topographie


  • Résumé

    Les ondes internes jouent un rôle important dans de nombreux processus dans les océans.L’interaction entre les vagues internes et la topographie océanique a longtemps été un champ de recherche actif. Pourtant, il reste beaucoup de questions sur le sujet. Dans cette thèse, deux processus principaux sont examinés, à savoir la réflexion de faisceaux d’ondes internes sur une pente, et la génération d’ondes sous le vent sur un obstacle tridimensionnel, en utilisant des expériences de laboratoire et des simulations numériques.La réflexion non linéaire d’un faisceau d’onde interne sur une pente uniforme est étudiée à l’aide de la théorie des invisques bidimensionnels et de simulations numériques. Les interactions triadiques résonnantes entre les faisceaux d’ondes incidentes, réfléchies et de deuxième harmonique sont étudiées en développant la théorie existante et en les vérifiant avec des résultats pour des simulations numériques.Dans le cas de la réflexion de faisceaux d’ondes internes tridimensionnels, un fort flux horizontal moyen est induit par le faisceau d’onde, qui perturbe le champ d’onde et affaiblit les secondes harmoniques. La génération de ce flux moyen induit par les vagues est examinée à l’aide des résultats d’expériences et de simulations numériques tridimensionnelles. De plus,les effets de la rotation de fond sur le débit moyen induit par les vagues sont également étudiés à l’aide de simulations numériques.Le courant circumpolaire antarctique est considéré comme l’une des principales sources de mélange dans les océans. La modélisation en laboratoire du courant circumpolaire antarctique a été réalisée sur la plate-forme de Coriolis à LEGI pour étudier la traînée induite par la topographie sur le courant. L’expérience et ses résultats sont également présentés.


  • Résumé

    Internal waves play an important role in many processes in oceans. The interaction be-tween internal waves and ocean topography has been an active field of research for long. Yetthere are many questions remaining on the topic. In this thesis, two main processes are ex-amined namely, the reflection of internal wave beams on a slope, and generation of lee wavesover a three-dimensional obstacle, using laboratory experiments and numerical simulations.The nonlinear reflection of an internal wave beam on a uniform slope is studied using two-dimensional inviscid theory and numerical simulations. The resonant triadic interactionsamong the incident, reflected and second harmonic wave beams are investigated developingon existing theory and verifying them with results for numerical simulations.In the case of reflection of three-dimensional internal wave beams, a strong mean horizon-tal flow is found to be induced by the wave beam, which perturbs the wave field and weakensthe second harmonics. The generation of this wave-induced mean flow is examined usingresults from experiments and three-dimensional numerical simulations. Furthermore, theeffects of background rotation on the wave induced mean flow are also studied using numer-ical simulations.The Antarctic Circumpolar Current is considered as one of the main sources of mixing inoceans. Laboratory modelling of the Antarctic Circumpolar Current was done in the Coriolisplatform at LEGI to study the topography induced drag on the current. The experiment andits results are also presented.


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