Météotsunamis, résonance de Proudman et effet Coriolis pour les équations de vagues

Meteotsunamis, Proudman resonance and Corioliseffect for water waves

• Auteur / Autrice : Benjamin Melinand
• Direction : David Lannes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées et calcul scientifique
• Date : Soutenance le 28/06/2016
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mathématiques de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Rousset
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Chiron, Mathieu Colin, Franck Sueur
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Gallagher, Catherine Sulem
• DOI : 10.70675/4e4d2c13zcdf9z43c9za030z8473330e72ea

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vagues

Modèles mathématiques

Développements asymptotiques

Force de Coriolis

Mots clés libres

Résonance de Proudman

Modèles asymptotiques

Équations des vagues

Effet Coriolis

Proudman resonance

Asymptotic models

Water waves equations

Coriolis effect

Résumé

Dans ce travail nous nous intéressons aux comportement de vagues soumises à l’action d’une pression atmosphérique non constante, un fond mobile et la force de Coriolis. Une première partie est dédiée à l’étude de la résonance de Proudman. Nous proposons une approche mathématique rigoureuse pour étudier ce phénomène. Nous commençons par démontrer un résultat d’existence locale dans un cadre irrotationnel sur les équations des vagues (appelées aussi formulation de Zakharov/Craig-Sulem). Puis, nous justifions différents modèles asymptotiques pour généraliser cette résonance dans diverses situations physiques. Nous proposons en particulier une étude détaillée dans des eaux profondes dans un régime linéaire. Nous étudions aussi la propagation de vagues dans des eaux profondes dans un régime faiblement non-linéaire grâce aux équations de Saut-Xu et nous proposons un schéma numérique pour résoudre ces équations. Dans une deuxième partie, nous étudions l’effet de la force de Coriolis sur les vagues. Nous démontrons un résultat d’existence locale sur les équations Castro-Lannes, équations qui généralisent la formulation de Zakharov/Craig-Sulem dans un cadre rotationnel. Nous justifions ensuite différents modèles asymptotiques dans des eaux peu profondes en présence de la force de Coriolis. En particulier, nous proposons une généralisation des équations de Boussinesq (modèle asymptotique dans un régime faiblement linéaire) lorsque la force de Coriolis n’est pas négligeable. Ces équations nous permettent ensuite de justifier mathématiquement les ondes de Poincaré puis l’équation d’Ostrovsky qui généralise l’équation de Korteweg-De-Vries en présence de la force de Coriolis.

In this work, we are interested in the evolution of water waves under the influence of a non constant atmospheric pressure, a moving bottom and a Coriolis forcing. In a first part, we study the Proudman resonance. We propose a mathematical approach to understand this phenomenon. First, we prove a local wellposedness result in a irrotational framework on the water waves equations (also called the Zakharov/Craig-Sulem formulation). Then, we fully justify different asymptotic models. In particular, we carefully study the Proudman resonance in deep water in the linear regime. Finally, we study the propagation of water waves in a weakly nonlinear regime thanks to the Saut-Xu equations and we propose a numerical scheme in order to solve these equations. In a second part, we study the influence of a Coriolis forcing on water waves. We prove a local wellposedness result on the Castro-Lannes equations, which generalize the Zakharov/Craig-Sulem formulation in the rotational framework. Then, we fully justify different asymptotic models when we take into account a Coriolis forcing. In particular, we generalize the Boussinesq equations (asymptotic model in a weakly nonlinear regime) in this setting. Thanks to these equations, we justify the Poincaré waves and then the Ostrovsky equation, which generalize the Korteweg-De- Vries equation when a Coriolis forcing is taking into account.