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La recherche (en Océanographie) Pour qui? Pourquoi? Sur quoi? Quelles questions? Comment y répondre?

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1 La recherche (en Océanographie) Pour qui? Pourquoi? Sur quoi? Quelles questions? Comment y répondre?

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3 Diderot, 1753 « Nous avons trois moyens principaux; lobservation de la nature, la réflexion et l'expérience. Lobservation recueille les faits, la réflexion les combine, l'expérience vérifie le résultat de la combinaison. » « Recueillir et lier les faits sont deux occupations bien pénibles; aussi les Philosophes les ont ils partagés entre eux. » Pensées sur l'interprétation de la Nature, 1753

4 « Nous avons distingué deux sortes de philosophie, l'expérimentale et la rationnelle. Lune a les yeux bandés, marche toujours en tâtonnant, saisit tout ce qui lui tombe sous les mains et rencontre à la fin des choses précieuses. Lautre recueille ces choses précieuses et tache de sen former un flambeau: mais ce flambeau prétendu lui a jusquà présent moins servi que le tâtonnement à sa rivale… » « Elle dit hardiment, on ne peut décomposer la lumière: la philosophie expérimentale l'écoute et se tait devant elle pendant des siècles; puis tout à coup elle montre le prisme et dit, la lumière se décompose. »

5 « Les expériences doivent être répétées pour le détail des circonstances et la connaissance des limites. » « Toute expérience qui n'étend pas la loi à quelque cas nouveau ou qui ne la restreint pas par quelque exception, ne signifie rien. »

6 « Si quelquun vous dit La science nous apprend que, il nemploie pas le mot Science comme il faut. La science ne nous apprend rien: cest l'expérience qui nous apprend quelque chose. » « Voila cest ça la Science- cette découverte quil vaut mieux ne pas faire confiance à l'expérience passée de l'espèce et quil vaut mieux tout vérifier par soi même en faisant de nouvelles expériences. » La nature de la Physique Feynman, 1966

7 Toujours de Diderot, 1753: « Il faut laisser l'expérience à sa liberté. Cest la tenir captive que de nen montrer que le coté qui prouve et que den voiler le coté qui contredit » « Cest l'inconvénient quil y a, non pas à avoir des idées, mais à sen laisser aveugler, lorsquon tente une expérience. »

8 Le problème des lunettes théoriques: oiseaux ou antilopes?

9 Copernic Un simple changement de référentiel (Soleil au lieu de Terre) simplifie les trajectoires suivies par les planètes et ouvre la voie aux théories de Newton.

10 Modèle empirique de la trajectoire dun ballon de foot Point dimpact

11 Modèle théorique de la trajectoire a z = -g mais on a besoin de conditions initiales sur la vitesse à t=0: La précision de la trajectoire demande beaucoup de précision sur la vitesse initiale Linteraction avec lair mis en mouvement par le ballon seffectue dans un régime turbulent à Reynolds : on est juste un peu au delà de la valeur critique où la traînée chute fortement avec le Reynolds (apparition de CL turbulentes).

12 Sur la nature des erreurs Limportance des erreurs: essais/erreurs/essais/erreurs/essais/erreurs La grande différence entre les erreurs sur les faits (les observations) et les erreurs sur les idées (la théorie)

13 Stommel, 1950s « Can oceanographic theories be tested? » « Much of the thinking and theory of oceanography depends upon purely hypothetical physical processes… » « A point of view in which attention is directed not towards a purely descriptive art, nor towards analytical refinements of idealized oceans but towards an understanding of the physical processes which control the hydrodynamics of oceanic circulation. »

14 Stommel, 1955 Stage 1: recognize a phenomenon in a mass of observational detail Stage 2: produce a conceptual model of the phenomenon, susceptible to quantitative description Stage 3: bring in the apparatus of physical theory to discover the essential physical nature of the model Stage 4: set into motion the theoretical machinery to try to depict the detailed behavior of the model under the more or less complicated conditions of the real phenomenon

15 Types de questions Questions motivées par les observations: Pourquoi le flot observé a til cette allure? Questions motivées par des impératifs physique: Comment seffectue le transport de chaleur dans l'océan? ou Quelle est la réponse de la circulation au vent?

16 Gulf Stream Stommel, 1948 Réponse de l'océan au vent Ekman, Taylor 1905 Courants profonds de bord Ouest Stommel-Arons, 1959 Trois théories qui assignent des causes aux observations Mais trois théories au pouvoir prédictif faible qui ressemblent à la théorie du ballon de foot

17 Where does the water come from? Where does it go? What happens along its path? Schmitz-McCartney, 1993 Des questions dordre zéro

18 La structure verticale de la circulation générale à la suite de la catastrophe de Gill: -Thermocline ventilée -Homogénéisation de pv -Cas de lACC et des ondes de surface vues par Topex- Poseidon Lien entre circulation thermohaline et mélange Des questions ouvertes

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20 Turbulence Océanique Un écoulement laminaire est exceptionnel (le flot du Pacifique Nord Est à 1000m) L'instabilité barocline est la cause dominante de production turbulente aux échelles telles que Burger =(NH/fL) 2 < O(1) Les cascades énergétiques vues dans les domaines périodiques sont elles relevantes? Approche statistique pour la circulation moyenne: observations type ARGO Jets équatoriaux?

21 Interactions Océan - Atmosphère Couplage par échanges de qdm, de chaleur et deau douce Atmosphère: oscillateur haute fréquence ( > 0.1 cpd) Océan: oscillateur basse fréquence (< 0.01 cpd) Quelques questions: Les causes de ENSO, NAO, AMO: Equilibres multiples ou oscillations? Signature du réchauffement global: La question de la stabilité de la THC est une question pour les observations pas pour les modèles numériques.

22 Modèles numériques Séduisant puisque les équations hydrodynamiques sont connues. Mais la circulation océanique se trouve dans un régime inertiel et les échelles de dissipation ne sont pas accessibles Usage courant: le modèle est initialisé avec des observations et ensuite il dérive de son état initial… et donc de la réalité. On met des élastiques un peu partout pour len empêcher. Ptolémée is back!

23 Modèles numériques Ils vont jouer le rôle de lexpérience chez Diderot, Feynman ou Stommel: (1) Tests des idées théoriques (2) Tests des paramétrisations sous maille, (analyse des élastiques) (3) Tests des processus dans des environnements plus riches (en dynamique et/ou complexités géographiques) (4) Validation des versions dites réalistes sur les observations passées

24 Newton His version of Occams razor : « We are to admit no more causes of natural things than such as are both true and sufficient to explain their appearances »

25 Watson, 2007 Knowing why is more important than learning what!


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