Etudes et évaluation de processus océaniques par des hiérarchies ...

26 CHAPITRE 3. DYNAMIQUE OCÉANIQUE ET NOTION D’ECHELLE
tel-00545911, version 1 - 13 Dec 2010
de la gravité. La composante horizontale du vecteur de rotation brise l’isotropie dans les
directions horizontales. En effet une particule qui monte est déviée vers l’est sous l’action
de la composante horizontale du vecteur de rotation et une particule qui descend est déviée
vers l’ouest. Dans le cas de la convection homogène ceci amène à un cisaillement vertical
de la vitesse horizontale qui s’étend sur toute la zone convective. La caractéristique principale
d’une zone de convection est sa stratification en température et/ou densité. A l’aide
de mes simulations, j’ai clairement montré que ce n’est pas la première dérivé verticale
de la température qui est constante, comme souvent supposé, mais la deuxième. Cette
propriété nous permet de déterminer explicitement les paramètres du transport diffusif
et non-local de la paramétrisation KPP. Ces résultats sont décrits dans les publications
reproduites en section 4.4 et 4.5.
Si l’eau plongeant grâce à un processus convectif rencontre le fond de l’océan ou si
l’eau dense passe un détroit, un courant gravitaire est créé. Les courants gravitaires sont
omniprésents dans l’océan. J’ai étudié la dynamique d’un courant gravitaire et déterminé
ses caractéristiques principales. J’ai démontré que un courant gravitaire dans un repère
en rotation est composé de deux parties, une veine, la partie épaisse, et une couche fine
en aval de la veine, le couche de friction (voir section 4.7). Des masses d’eau denses sont
éjectées de la veine vers le couche de friction. Pour des courants gravitaires idéalisés j’ai
démontré que la dynamique de l’épaisseur de la veine est décrite par l’équation de la
chaleur. Ce processus est gouverné par la friction de fond. J’ai également eu la possibilité
de faire des expériences de laboratoire sur la plaque tournante Coriolis à Grenoble. Je me
suis intéressé à l’évolution de l’épaisseur du courant gravitaire et son évolution temporelle
et spatiale. Les résultats de ses expériences de laboratoire m’ont permis de valider résultats
numériques et analytiques. Les résultats sur la dynamique d’un courant gravitaire idéalisé
se trouve dans la section 4.7
Après avoir constaté que la friction de fond est un processus important, la détermination
des lois et paramètres de friction est essentielle. J’utilise alors l’assimilation de données
pour estimer les paramètres de friction. Plusieurs types de données peuvent être assimilées
pour permettre une estimation de ces paramètres, toutefois, la variable la plus facilement
observable dans un courant gravitaire est son épaisseur. La vitesse montre en effet une
trop grande variabilité en espace et en temps pour permettre une détermination suffisante
même des valeurs moyennes. La question qui se pose est alors : Est-ce que les lois
et paramètres de friction peuvent être estimées à partir des observations de l’épaisseur
d’un courant gravitaire ? J’ai exploré cette question d’abord à l’aide d’ “expériences jumelles.”
La réponse et positive mais mes résultats montrent aussi que la détermination de
la friction totale, linéaire plus non-linéaire, se fait facilement ; la répartition de la friction
totale entre les deux lois est plus difficile. Les détails de cette étude se trouvent en section
4.6. Après avoir déterminé que l’observation de l’évolution temporelle de l’épaisseur d’un
courant gravitaire permet d’estimer les paramètres de friction entre le courant et le fond
dans des “expériences jumelles,” j’ai étudié la détermination des paramètres de friction
dans des données provenant d’une série de simulations non-hydrostatiques d’un courant
gravitaire. Là encore j’ai pu déterminer les paramètres et les lois de friction. Les résultats
montrent une loi linéaire pour des faibles nombre de Reynolds, suivie de l’augmentation