Modélisation des processus non-linéaires de génération et de propagation d'états de mer par une approche spectrale

• Auteur / Autrice : Guillaume Ducrozet
• Direction : Alain Clément, Pierre Ferrant
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dynamique des fluides et des transferts
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Centrale Nantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vagues

Ondes de gravité

Hydrodynamique

Résumé

L'analyse des processus non-linéaires de génération et de propagation de la houle a constitué le cadre de cette thèse Afin d'améliorer la compréhension de ces phénomènes, une méthode numérique dite High-Order Spectral (HOS), résolvant le problème de façon non-linéaire, a été développée. Cette méthode, avec une formulation surfacique et résolue de manière spectrale, associe précision et efficacité. Un traitement original de la génération de houle non-linéaire est proposé. Il permet l'accès à des simulations de champs de vagues tri-dimensionnels complexes, fortement cambrés, dans un bassin de houle. Diverses comparaisons avec des expériences menées dans le bassin du Laboratoire de Mécanique des Fluides de l'ECN sont présentées. Des simulations océaniques, en milieu ouvert, sont également proposées. Un intérêt particulier est porté à l'étude de l'apparition des vagues scélérates au sein de l'océan. L'importance des effets non-linéaires est pointée ainsi que l'aptitude de la méthode à modéliser de tels phénomènes. Des comparaisons avec les méthodes classiquement employées dans ce genre de La résolution du problème de tenue à la mer est également envisagé. L'utilisation de la méthode HOS dans les codes couplés, développés au Laboratoire de Mécanique des Fluides (potentiel, RANS, SPH), est envisagée. Elle permettra la description précise de la houle incidente ; le couplage est mis en place et validé sur un certain nombre de cas d'application.

This thesis deals with the analysis of the nonlinear process of generation and propagation of gravity waves. A fully non-linear High-Order Spectral (HOS) model has been developped to improve understanding of these phenomena. This is an accurate and efficient method thanks to the surfacic formulation coupled with the spectral resolution. An original treatment of the wave generation is introduced. It allows the simulation in a wave basin of complex 3D wave fields, which could be very steep. Several comparisons with experiments conducted in the ECN wave tank are presented. Then, oceanic simulations in an open domain are proposed. A particular interest is put on the occurence of freak waves in real seas. The significance of nonlinear effects as well as the abilities of the model to correctly describe these phenomena are pointed out. Comparisons with methods which are typically employed for this kind of simulation denote the relevance of the HOS method used here. Finally, the problem of behaviour at sea is discussed. The use of HOS method in coupled models developped in \emph{Laboratoire de Mécanique des Fluides} is proposed. This will describe the incident wave field in a precise and efficient way. This coupling is validate on different test-cases.