ECOLE DOCTORALE TERRE UNIVERS ENVIRONNEMENT

Propositions de sujet de thèse 2006-2009

1- Mélange dans l'océan profond : le rôle des ondes internes

2- Turbulence et transport dans la couche limite atmosphérique nocturne d'une vallée alpine

Directeur de thèse : Chantal STAQUET, Professeur à l'université Joseph Fourier

Téléphone : 04 76 82 50 24 , email : Chantal.Staquet@hmg.inpg.fr

Lieu de la thèse : Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels, UMR 5519, Grenoble

Mélange dans l'océan profond : le rôle des ondes internes

Dans tout milieu fluide en mouvement présentant un gradient vertical stable de température existent des ondes, appelées ondes internes de gravité. Ces ondes sont l'analogue en volume des ondes de surface et sont détectables partout, du plus profond de l'océan jusque dans la très haute atmosphère.

Dans l'océan, les ondes internes sont principalement produites par l'action du vent en surface et par le passage de la marée au dessus des reliefs sous-marins. Dans ce dernier cas, les ondes internes sont appelées «marée interne». La marée interne peut déferler, comme les vagues à la surface de l'océan, et, ce faisant, mélange le fluide ambiant. De façon surprenante, l'énergie de la marée interne et le mélange associé sont d'une grande importance pour l'équilibre thermique global de l'océan, et donc pour la dynamique du climat. Une question cruciale est en effet de savoir si le mélange induit par les ondes internes est suffisant pour permettre la remontée des eaux froides profondes vers la surface, et ainsi entretenir la circulation thermohaline qui se produit à l'échelle de la Terre.

C'est dans ce contexte que s'inscrit le travail de thèse. Une approche numérique sera employée pour cela, en utilisant un code de calcul développé au MIT (USA) que notre équipe utilise depuis plusieurs années. On étudiera les mécanismes par lesquels la marée interne convertit ou dissipe son énergie au voisinage d'un talus continental. On estimera également le mélange induit dans les zones de dissipation. Un objectif du travail de thèse est de proposer un modèle simple de l'effet de la marée interne sur son environnement, qui puisse ensuite être introduit (en collaboration avec l'équipe MEOM du LEGI) dans les modèles numériques à grande échelle de l'océan.

Ce travail s'inscrit dans le contexte plus large d'un projet de recherche sur les ondes internes topographiques, soutenu par l'Agence Nationale pour la Recherche. Ce projet comporte également une étude expérimentale de la marée interne sur la grande plaque tournante Coriolis du LEGI, dont les résultats seront confrontés à ceux des simulations numériques.

Collaborations : J. Sommeria (équipe Coriolis, LEGI); Theo Gerkema (NIOZ, Pays-Bas)

Turbulence et transport dans la couche limite atmosphérique nocturne d'une vallée alpine

Développement du sujet de recherche : La circulation atmosphérique dans une vallée alpine est fortement contrainte par la topographie. Durant la journée, un système de vents contrôlé par le chauffage solaire des pentes s'installe (le vent monte le long des pentes le matin, en descend durant la nuit, tandis qu'un vent se met en place le long de la vallée), ce que les modèles numériques reproduisent en général bien. Les situations nocturnes ou hivernales sont beaucoup moins bien connues alors que les impacts de la circulation atmosphérique à priori peu active sur la pollution de fond de vallée sont très importants pour les populations locales. Les modèles numériques sous-estiment très souvent les fluctuations de vitesse et température dans ces situations peu turbulentes. Une raison en est que les vents froids qui s'écoulent le long des pentes la nuit produisent des mouvements ondulatoires, des ondes internes, que les modèles ne prennent pas en compte. Or ces ondes peuvent déferler par interaction avec le vent lui-même ou les parois de la vallée, conduisant ainsi à des épisodes localement turbulents. L'objet du travail de thèse est d'examiner la circulation atmosphérique nocturne et hivernale, d'abord dans le contexte simplifié d'une vallée idéalisée puis dans le cas réaliste de la vallée de Chamonix. On mènera des simulations numériques à très haute résolution pour ce faire, à l'aide d'un code de calcul que notre équipe utilise depuis plusieurs années pour modéliser la couche limite atmosphérique en relief complexe. Les points principaux du travail de thèse seront d'étudier la dynamique des ondes internes, et plus généralement les sources de turbulence, ainsi que les propriétés de transport et mélange en résultant.

Laboratoire d’accueil : Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels

Directeur de thèse

Chantal STAQUET, professeur, université Joseph Fourier, Grenoble

Téléphone : 04 76 82 50 24 - email : Chantal.Staquet@hmg.inpg.fr

Co-direction

Jean-Pierre CHOLLET, professeur, université Joseph Fourier, Grenoble

Téléphone : 04 76 82 50 75 - email : Jean-Pierre.Chollet@ujf-grenoble.fr