LEFE-IDAO « Ondes internes » Modélisation Numérique Non-Hydrostatique & Simulation Physique des Ondes Internes, Évaluation des Transferts Énergétiques TOULOUSE 1er décembre 2009 LEFE-IDAO « Ondes internes » EPIGRAM P. Marsaleix, I. Pairaud (thèse), J. Floor (thèse), Y. Dossmann (M2,thèse coll. A. Paci CNRM/GAME) F. Auclair,

avec thermocline / pycnocline Approche numérique: Symphonie-NH, Analyse énergétique. Configurations océaniques: Talus Continentaux (Golfe de Gascogne, Georges Bank) Dorsales Océaniques (Hawaï) Seuils (Détroit de Gibraltar) Cascade énergétique Mélange Interaction avec thermocline / pycnocline Mélange Génération sur talus Génération sur monts, dorsales, seuils. Mélange Réflexion

SYMPHONIE-NH Toit libre explicite, Hypothèse de Boussinesq, Fermeture turbulente (LES), Pas de temps séparés. Approche Communautaire (Groupe d’Autrans), Coordonnée Verticale Généralisée, Noyaux Hydrostatique / Non-Hydrostatique, Couplage NH / toit libre explicite, SYMPHONIE-NH

Connaissant la pression, une première approximation de la vitesse SYMPHONIE-NH Champ de masse Étape 1: z x q D a ¶ r - Connaissant la pression, une première approximation de la vitesse est calculée à partir des équations du mouvement. Étape 2: Étape 3: Étape 4: Calcul de l’incrément de vitesse

SYMPHONIE-NH Toit libre explicite, Hypothèse de Boussinesq, Fermeture turbulente (LES), Pas de temps séparés. Approche Communautaire (Groupe d’Autrans), Coordonnée Verticale Généralisée, Noyaux Hydrostatique / Non-Hydrostatique, Couplage NH / toit libre explicite, SYMPHONIE-NH Analyse énergétique : Bilans d’énergie potentielle et cinétique fermés, Évaluation en ligne. Plateforme Graphique de post-traitement interactive (Matlab-Gui) : SVIEW-Energie

Symphonie-NH Analyse énergétique Transferts, Études de processus. SVIEW - Énergie Transferts, Études de processus. Analyse énergétique

Symphonie - NH Soliton NH-Pressure gradient Advection SNH Hydro Expérience de Horn et al., 2001 Auclair et al. (2009) A B C 29 cm Soliton Thermocline position (m) SNH Power Rate (Wm-1) NH-Pressure gradient Advection Dans le régime modélisé ici (par régime on entent rapport des masses volumiques, amplitude de la perturbation et rapport des épaisseurs des deux couches, les expériences de Horn et al. (2001) montrent l’apparition de solitons (internes) à l’interface entre les deux couches de masses volumiques différentes. Ces ondes solitaires très particulières ont toutefois pour origine un effet dispersif non-hydrostatique et non-linéaire et ne peuvent donc en aucun cas être représentées par un modèle hydrostatique. Pourtant on remarque que des oscillations apparaissent dans la simulation hydrostatique, oscillations qui pourraient être prises pour des solitons mais qui n’en sont bien sûr pas. On peut remarquer aussi la disparité entre les valeurs des vitesses verticales entre les deux simulations… Intérêt océanographique: modélisation des ondes internes solitaires générées par la marée et se propageant par exemple le long de la thermocline… Hydro

Cascade énergétique Approche numérique: Symphonie-NH: caractéristiques, Analyse énergétique. Configurations océaniques: Talus Continentaux (Golfe de Gascogne, Georges Bank) Dorsales Océaniques (Hawaï) Seuils (Détroit de Gibraltar)

avec thermocline / pycnocline Talus Continentaux Mélange Interaction avec thermocline / pycnocline Mélange Génération sur talus Génération sur monts, dorsales, seuils. Mélange Réflexion

w (reconstructed) at 12,4h, 09/08 (22h40) Talus Continentaux Golfe de Gascogne S1 S2 S’ P Marées internes linéaires Pairaud et al., CSR (05) Section (S’) T.S. P.P. w (reconstructed) at 12,4h, 09/08 (22h40) (79.4%) (14.2%) Expérience MINT-94 (A. Pichon) Développements Couplage TUGO-M, Analyse WEofs Schéma de propagation. Mode 1 Mode 3

Postdoctorat I. Pairaud Talus Continentaux Projets LEFE-IDAO Approche « DNS » Postdoctorat I. Pairaud LEGI Forçage latéral Expérience de laboratoire Vitesse (m/s) Plateforme Coriolis MIT code Symphonie-NH Modélisation Non-Hydrostatique (DNS) z (cm) Distance (cm)

t = T+T/4 Symphonie-NH Forçage: M2 (12,4 h) Talus Continentaux C2 A2 B1 E1 A1 Régime surcritique Symphonie-NH Dx = 15 m, 100 niveaux s Dt = 0.5 s, mode splitting 1/6 Coriolis: f = 10-4 s-1 (cyclique) Stratification type 1 (Lamb, 94) Fermeture turbulente (Gaspar et al., 92) Diffusion horizontale variable Free slip / free surface Radiative Flather OBC Forçage: M2 (12,4 h) L ~ 1.7 - 7 km Umax ~ 65 cms-1 Wmax ~ 0.5 cms-1 Masse volumique (kgm-3) Talus Continentaux Georges Bank Lamb (94-07), Auclair et al. (09) Ondes internes non-linéaires

t = T+T/2 Symphonie-NH Forçage: M2 (12,4 h) Talus Continentaux C2 E2 B1 E1 A1 Régime surcritique Symphonie-NH Dx = 15 m, 100 niveaux s Dt = 0.5 s, mode splitting 1/6 Coriolis: f = 10-4 s-1 (cyclique) Stratification type 1 (Lamb, 94) Fermeture turbulente (Gaspar et al., 92) Diffusion horizontale variable Free slip / free surface Radiative Flather OBC Forçage: M2 (12,4 h) L ~ 1.7 - 7 km Umax ~ 65 cms-1 Wmax ~ 0.5 cms-1 Masse volumique (kgm-3) Talus Continentaux Georges Bank Lamb (94-07), Auclair et al. (09) Ondes internes non-linéaires

t = 2T Symphonie-NH Forçage: M2 (12,4 h) Talus Continentaux C2 F2 B2 Instabilités Dépression Surélévation Dépression Dépression Solibore Symphonie-NH Dx = 15 m, 100 niveaux s Dt = 0.5 s, mode splitting 1/6 Coriolis: f = 10-4 s-1 Stratification type 1 (Lamb, 94) Fermeture turbulente (Gaspar et al., 92) Diffusion horizontale variable Free slip / free surface Radiative Flather OBC Forçage: M2 (12,4 h) L ~ 1.7 - 7 km Umax ~ 65 cms-1 Wmax ~ 0.5 cms-1 Masse volumique (kgm-3) Talus Continentaux Georges Bank Lamb (94,07), Auclair et al. (09) Ondes internes non-linéaires

Talus Continentaux Masse volumique (kgm-3) Georges Bank Lamb (94,07), Auclair et al. (09) Ondes internes non-linéaires

avec thermocline / pycnocline Dorsales Océaniques Mélange Interaction avec thermocline / pycnocline Mélange Génération sur talus Génération sur monts, dorsales, seuils. Mélange Réflexion

Ondes internes linéaires z (m) Flux de flottabilité -3500 -5000 250 x (km) -3500 Dorsales Océaniques -5000 Ondes internes linéaires PE PEb External OPEa KE Internal Energy TKE Thèse J. FLOOR (15/12/2009) Transferts énergétiques Flux de Flottabilité, Bilans KE, PE, TKE, PE Disponible et Mélange.

Expérience « petit canal » (CNRM) Dorsales Océaniques Simulation physique LEFE-IDAO Thèses, M2 J. Floor & Y. Dossmann A. Paci (CNRM/GAME) Expérience « petit canal » (CNRM) Dorsale mobile (caractéristiques dorsale Pacifique) ΔN² mesuré par Schlieren synthétique, Vitesses mesurées par PIV. Régime transitoire, Conversion énergie, Régimes d’ondes internes, Régime transitoire

Expérience « petit canal » (CNRM) Dorsales Océaniques LEFE-IDAO Thèses, M2 J. Floor & Y. Dossmann A. Paci (CNRM/GAME) Expérience « petit canal » (CNRM) Modélisation Directe Dorsale mobile (caractéristiques dorsale Pacifique) ΔN² mesuré par Schlieren synthétique Vitesses mesurées par PIV. Expérience Modélisation – Symphonie - NH Dorsale mobile Δx = 1 mm, 400 niveaux s, Dt = 1.62 ms, mode splitting 1/10 Coriolis: f = 0 Viscosités / diffusivités moléculaires, No-slip. SNH

avec thermocline / pycnocline Seuils Mélange Interaction avec thermocline / pycnocline Mélange Génération sur talus Génération sur monts, dorsales, seuils. Mélange Réflexion

Seuils Marée Camarinal Seuil SNH Détroit de Tarifa Marine Herrmann, Post-Doctorante Coll. Université de Malaga PIWO, HYMEX Détroit de Gibraltar Masse volumique - 1028 (kg.m-3) Marée Camarinal Seuil SNH Δx = 200 m, 100 niveaux s, Dt = 0.67 s, Coriolis: f = 0 Schéma de turbulence Gaspar et al. Free slip, free surface. Détroit de Tarifa

Seuils Camarinal Seuil Détroit de Tarifa x Détroit de Gibraltar Marine Herrmann, Post-Doctorante Coll. Université de Malaga PIWO, HYMEX 100 200 Camarinal Seuil 300 400 Profondeur (m) 500 Gibraltar 600 Δx = 200 m, 100 niveaux s, Dt = 0.67 s, Coriolis: f = 0 Schéma de turbulence Gaspar et al. Free slip, free surface. 700 Détroit de Tarifa 800 Masse volumique (kgm-3) 900 O 5O 10O x Distance (km)

Cascade énergétique Projet PIWO Ondes internes non-linéaires, Études de processus: Réflexions des ondes, Interactions avec la thermocline, Mélange induit, Seuil de Gibraltar. Mélange Interaction avec thermocline / pycnocline Mélange Génération sur talus Projet LEFE-IDAO / Thèses MESR Golfe de Gascogne MINT-94, Pré-études: ondes solitaires… Génération sur monts, dorsales, seuils. Régimes d’ondes internes Dynamique, Transferts énergétiques. Mélange Réflexion

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