Soutenance de thèse de CHAUCHAT Antoine

Résumé de la thèse

Pour améliorer la description du climat terrestre, on souhaite mieux décrire les phénomènes de transport et les échanges d'énergie à travers les échelles dans les océans.
Ainsi cette thèse a pour but de modéliser expérimentalement la déstabilisation de l'écoulement autour des anticyclones océaniques tels que les meddies.
Pour cela un dispositif expérimental a été conçu, modélisant le cœur du tourbillon par un ellipsoïde solide en rotation dans un fluide stratifié-tournant.
Tout d'abord, nous montrons que l'écoulement de base axisymmétrique indépendant du temps admet une expression analytique pour tous nombres de Rossby, Froude et Reynolds dans l'approximation de Boussinesq et dans la limite de grand nombre de Schmidt.
Nous proposons également un modèle diffusif de mise en place de cet écoulement et le résolvons analytiquement à l'aide d'une transformée de Laplace inverse.
Nous vérifions expérimentalement cette mise en place à l'aide du dispositif expérimental dans le cas d'une sphère.
Nous confirmons expérimentalement l'écoulement de base en faisant varier l'intensité de la stratification, la vitesse de rotation du sphéroïde, la vitesse de rotation de la plateforme tournante et le rapport d'aspect du sphéroïde.
Cela permet de confirmer les résultats théoriques pour différents rapports d'aspect et nombres de Rossby, Froude et Reynolds.
Ensuite nous montrons qu'une sphère en rotation en milieu stratifié peut se déstabiliser par deux instabilités.
L'une localisée proche des régions polaires est viscodiffusive axisymmétrique.
L'autre localisée proche de l'équateur est d'origine centrifuge et de nombre d'onde azimutal m=1.
Nous établissons le diagramme de stabilité de l'écoulement autour d'une sphère dans le plan Fr-Re.
Nous montrons que la rotation globale anticyclonique comme cyclonique stabilise l'instabilité centrifuge.
L'instabilité viscodiffusive est elle stabilisée pour de faibles rotations anticycloniques et déstabilisée pour des rotations globales cycloniques et des rotations globales fortement anticycloniques.
Dans ce dernier cas le mode instable est de structure différente de celle du mode en absence de rotation du fait du changement d'inclinaison des isopycnes.
Nous établissons alors le diagramme de stabilité de l'écoulement dans le plan Re-1/Ro.
Les résultats expérimentaux sont systématiquement confirmés par une étude numérique de stabilité linéaire.
Enfin nous étendons expérimentalement ces résultats à l'écoulement autour d'un sphéroïde de rapport d'aspect supérieur ou inférieur à un.
Les instabilités présentes sont les mêmes et subissent les mêmes influences de la stratification et de la rotation.
Un faible rapport d'aspect déstabilise l'instabilité viscodiffusive pour tout nombre de Rossby.
L'instabilité centrifuge est plus rapidement stabilisée en présence de rotation pour de faibles rapports d'aspect.