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

3.5. MA RECHERCHE DANS LE CONTEXTE DYNAMIQUE 25
tel-00545911, version 1 - 13 Dec 2010
la pêche et du piratage. La variabilité de la position du Great Whirl se décompose en une
variabilité interannuelle externe, par le forçage du vent, et interne, par la chaoticité du
système. Nous avons montré que la deuxième est importante dans des simulation à plus
grand nombre de Reynolds, permettant une dynamique méso échelle. Ceci montre que
les données de simulations d’une dynamique chaotique, mais également des observations,
doivent être interprétées comme des membres d’un ensemble de réalisations possibles.
Une prédiction déterministe doit alors faire place à une interprétation statistique des
données, d’observation et numériques, même dans le cas où on considère des phénomènes et
variables à grande échelle. Ceci montre qu’une comparaison entre modèles et observations
nécessite toujours une évaluation de la variabilité interne du phénomène. Ce concept
est bien appliqué dans la prédiction météorologique où on est passé à des simulations
d’ensembles, mais il est encore souvent ignoré en océanographie.
Les observations ainsi que les simulations numériques montrent que la plupart des
courants océaniques forts sont instables et donnent naissance à une forte dynamique tourbillonnaire.
Dans les premières simulations numériques globales de la dynamiques des
océans, la résolution n’était pas suffisante pour permettre une représentation explicite
de ces tourbillons. Les tourbillons ont, toutefois, un effet important sur la dynamique
à des échelles supérieures : ils transfèrent une partie de l’énergie potentielle disponible,
à grande échelle, en énergie cinétique, à la méso-échelle. Ce processus est clef pour la
dynamique à grande échelle et si la génération des tourbillons n’a pas explicitement lieu
dans un modèle de la dynamique de l’océan, son effet sur la grande échelle par extraction
de l’énergie potentielle disponible, doit être paramétré. Une variété de paramétrisations
existent, la plus utilisée étant celle proposée par Gent & McWilliams 1990. A l’aide de simulations
numériques idéalisées, j’ai pu démontrer que certaines hypothèses sur lesquelles
une majorité de ces paramétrisations est basée sont fausses. En effet, ces paramétrisations
sont basées sur l’idée que la conversion d’énergie potentielle est une fonction linéaire du
courant moyen à grande échelle. Je démontre, au contraire, que cette conversion suit un
comportement de seuil. Si le forçage est tel que le courant à grande échelle a atteint son
seuil une injection d’énergie supplémentaire ne change pas l’état moyen. Ceci montre que
la conversion d’énergie par les tourbillons, qui est égale à l’injection d’énergie dans un état
statistiquement stationnaire, n’augmente plus la magnitude du courant à grande échelle
s’il a atteint son seuil. Il n’y a alors pas de relation univoque entre l’état moyen et le
flux tourbillonnaire. J’ai également montré que le drainage d’énergie potentielle par les
flux turbulents n’est pas de type diffusif mais au contraire les tourbillons enlèvent cette
énergie dans un processus advectif. Ceci n’est pas étonnant car les tourbillons se déplacent
de façon linéaire plutôt que d’avoir fait un marche aléatoire. Cet aspect est approfondi
dans le chapitre 4.2.
Dans mes travaux sur les panaches convectifs (voir section 4.4) et la convection homogène
(voir section 4.5) nous avons montré que la composante horizontale du vecteur
de rotation, qui est négligée dans l’approximation traditionnelle, est essentielle pour la
dynamique convective. Les panaches convectifs commencent leur descente dans la direction
verticale mais après seulement un tiers de la période de rotation ils sont déviés par la
rotation et poursuivent leur descente dans la direction de l’axe de rotation plutôt que celle