Interactions entre turbulence et vagues à l'interface air-mer en présence de glace de mer

Interactions between near-surface turbulence and surface waves in the presence of sea ice

• Auteur / Autrice : Luc Barast
• Direction : Fabrice Ardhuin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique et environnement
• Date : Soutenance le 06/04/2023
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (Plouzané, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Rey
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Ardhuin, Vincent Rey, Marie-Noëlle Houssais, Michel Benoit, France Floc'h
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Rey, Marie-Noëlle Houssais

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interaction mer-atmosphère

Effets des vagues

Glace de mer

Mots clés libres

Vagues

Zone marginale de glace

Turbulence

Interactions glace-glace

Waves

Marginal ice zone

Turbulence

Floe-floe interactions

Résumé

La couverture de glace estivale en Arctique a fortement diminué ces dernières décennies, laissant la place au développement de systèmes de vagues de plus en plus énergétiques. Ce constat rend d’autant plus importante la compréhension des interactions entre les vagues et la glace dans la zone marginale de glace (MIZ), pour améliorer notre modélisation du climat terrestre et préparer les futures activités humaines en Arctique. La turbulence générée par les interactions vague-glace est souvent considérée comme la source principale d’atténuation des vagues, et modélise en utilisant l’hypothèse de viscosité turbulente faute de mesure in-situ. Ce travail de thèse consiste à analyser des mesures colocalisées de vagues et de turbulence prise dans des MIZs très concentrées en glace de laboratoires naturels de l’estuaire du bas Saint-Laurent. La comparaison entre l’atténuation de l’énergie des vagues, en fonction de leur propagation sous la glace, et la dissipation d’énergie cinétique turbulente montre que dans les conditions rencontrées, la turbulence ne permet pas d’expliquer une fraction significative de l’atténuation des vagues dans la glace. Les interactions entre plaques de glace sont alors quantifiées, et permettent d’expliquer une large partie de l’atténuation des vagues dans la majorité des cas.

The Arctic summer ice cover has strongly decreased over the past decades, leaving room for more and more energetic wave systems. This makes it all the more important to understand the interactions between waves and ice in the marginal ice zone (MIZ), to improve our modeling of the Earth climate and prepare for future human activity in Arctic. Turbulence generated through waveice interactions is often considered to be the main driver for wave attenuation, and is modeled using the eddy viscosity hypothesis due to the lack of in-situ measurements.This thesis work consists in analysing collocated wave and turbulence measurements taken in the MIZs highly concentrated in ice of natural laboratories of the lower St. Lawrence estuary. Comparing wave energy attenuation and turbulent kinetic energy dissipation shows that, in the conditions encountered, turbulence does not allow to significantly explain wave attenuation in sea ice. Interactions between ice floes are hence quantified, and allow to explain a large part of wave attenuation in most of the cases.