P. Marsaleix, I. Pairaud (thèse), J. Floor (thèse), Y. Dossmann

Modélisation Numérique Non-Hydrostatique

& Simulation Physique

des Ondes Internes,

Évaluation des Transferts Énergétiques

P. Marsaleix,I. Pairaud (thèse),J. Floor (thèse),Y. Dossmann (M2,thèse coll. A. Paci CNRM/GAME)F. Auclair,

TOULOUSE 1er décembre 2009

LEFE-IDAO « Ondes internes »EPIGRAM

Cascade énergétique

Génération sur

monts,dorsales,

seuils. Mélange

Interaction avec

thermocline / pycnocline

Méla

nge

Générationsur talus

Mélange

Réflexion

Approche numérique: Symphonie-NH, Analyse énergétique.

Configurations océaniques: Talus Continentaux (Golfe de Gascogne, Georges Bank) Dorsales Océaniques (Hawaï) Seuils (Détroit de Gibraltar)

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,

z

02z t

v.q

z

q1

t

v̂

0z

z

z0z x

q1

t

v̂

Étape 3:

Étape 4: Calcul de l’incrément de vitesse

zT

zt

T

zS

zt

S

HP,S,T

gz

PH g

z

PH

Champde masseHp

Étape 1:

x

vD

t

SYMPHONIE-NH

0tx

Dv

Connaissant la pression,une première approximation de la vitesse

est calculée à partir des équations du mouvement.

Étape 2:

z

H

0 x

pD

t

Dv

0

0

qpp H

Z0

z

z

qD

t

Dv

x

vtdt

dvz

x

HHv

t

H

dt

dHHvz

z0 x

qD

0v

x

zv

x

Dv z

SYMPHONIE-NH

Analyse énergétique :

Bilans d’énergie potentielle et cinétique fermés,

Évaluation en ligne.

Plateforme Graphique de post-traitement interactive (Matlab-Gui) :

SVIEW-Energie

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

SVIEW - Énergie

Transferts, Études de processus.

Analyse énergétique

Symphonie -

NH

SNH

Therm

ocl

ine p

osi

tion (

m)

Soliton

Pow

er

Rate

(W

m-1)

Pow

er

Rate

(W

m-1)

NH-Pressure gradient

Advection

Expérience de Horn et al., 2001Auclair et al. (2009)

Hydro

SNH

29

cm

6 m

3,0h/

3,0H/h

0

A B C

Approche numérique:

Symphonie-NH: caractéristiques,

Analyse énergétique.

Configurations océaniques:

Talus Continentaux (Golfe de Gascogne, Georges Bank)

Dorsales Océaniques (Hawaï)

Seuils (Détroit de Gibraltar)


Génération sur

monts,dorsales,

seuils. Mélange

Interaction avec


Méla

nge


Mélange

Réflexion

Talus Continentaux

Pairaud et al., CSR (05)

w (reconstructed) at 12,4h, 09/08 (22h40)

Section (S’)

S1 S2

S’

P

(79.4%) (14.2%) Expérience MINT-94 (A. Pichon)

Développements•Couplage TUGO-M,•Analyse WEofs

Schéma de propagation.

Mode 1 Mode 3

T.S.

P.P.

Talus ContinentauxMarées

internes linéaires

Golfe de Gascogne

Expérience de

laboratoireVitesse (m/s)

Forçage latéral

Plateforme Coriolis

MIT code Symphonie-NH

Modélisation Non-Hydrostatique (DNS)

z (cm)

Distance (cm)Distance (cm)

Approche « DNS »

Projets LEFE-IDAO

Postdoctorat I. PairaudLEGI

Talus Continentaux

• x = 15 m, 100 niveaux • t = 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

L ~ 1.7 - 7 kmUmax ~ 65 cms-1

Wmax ~ 0.5 cms-1

Forçage: M2 (12,4 h)

Symphonie-NH

B1A2C2

Masse volumique (kgm-3)

Régime surcritique

E1 A1t = T+T/4

Talus ContinentauxOndes internes non-

linéaires

Georges Bank Lamb (94-07), Auclair et al. (09)

• x = 15 m, 100 niveaux • t = 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

L ~ 1.7 - 7 kmUmax ~ 65 cms-1

Wmax ~ 0.5 cms-1


Symphonie-NH

B1A2C2


Régime surcritique

E1A1t = T+T/2 E2


linéaires

Georges Bank Lamb (94-07), Auclair et al. (09)

• x = 15 m, 100 niveaux • t = 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

Symphonie-NH

B1A2E2B2F2C2


Solibore

Dép

ress

ion

Dép

ress

ion

E1

Inst

abil

ités

L ~ 1.7 - 7 kmUmax ~ 65 cms-1

Wmax ~ 0.5 cms-1


t = 2T

Dép

ress

ion

Sur

élév

atio

n


linéaires

Georges Bank Lamb (94,07), Auclair et al. (09)

T2,Tt

Georges Bank



linéaires

Lamb (94,07), Auclair et al. (09)

Génération sur

monts,dorsales,

seuils. Mélange

Interaction avec


Méla

nge


Mélange

Réflexion

Dorsales Océaniques

Flux de flottabilitéz (m) 0

-3500

-5000

H

zz dgv'

H0

zdzgrad.v~g'1

250 x (km)

Thèse J. FLOOR

(15/12/2009)

0

-3500

-50000


Ondes internes linéaires

PEPEb

External

i

zOPEa

d

Ti

KE

Internal Energy

TKETKE

T

Transferts énergétiques

• Flux de Flottabilité,

• Bilans KE, PE, TKE,• PE Disponible et Mélange.

Thèses, M2 J. Floor & Y. DossmannA. Paci (CNRM/GAME)

• Dorsale mobile (caractéristiques dorsale Pacifique) • ΔN² mesuré par Schlieren synthétique,• Vitesses mesurées par PIV.

Expérience « petit canal » (CNRM)


Simulation physique

Régimetransitoire

• Régime transitoire,• Conversion énergie,• Régimes d’ondes internes,

LEFE-IDAO

• Dorsale mobile (caractéristiques dorsale

Pacifique) • ΔN² mesuré par Schlieren synthétique• Vitesses mesurées par PIV.

Expérience « petit canal » (CNRM)

Modélisation – Symphonie - NH

• Dorsale mobile • Δx = 1 mm, 400 niveaux ,• t = 1.62 ms, mode splitting 1/10• Coriolis: f = 0 • Viscosités / diffusivités moléculaires,• No-slip.


Modélisation Directe

Thèses, M2 J. Floor & Y. DossmannA. Paci (CNRM/GAME)

LEFE-IDAO

Expérience

SNH

Génération sur

monts,dorsales,

seuils. Mélange

Interaction avec


Méla

nge


Mélange

Réflexion

Seuils

SNH

Δx = 200 m, 100 niveaux ,• t = 0.67 s,• Coriolis: f = 0 • Schéma de turbulence Gaspar et al.• Free slip, free surface.

Détr

oit

de T

ari

fa

Masse volumique - 1028 (kg.m-3)

Détroit de Gibraltar

Seuils

Marée

Seuil

Cam

ari

nal

Marine Herrmann, Post-DoctoranteColl. Université de Malaga

PIWO, HYMEX

Pro

fondeu

r (m

)

xO

900

0

500

Distance (km)5O

Gibraltar

• Δx = 200 m, 100 niveaux ,• t = 0.67 s,• Coriolis: f = 0 • Schéma de turbulence Gaspar et al.• Free slip, free surface.

Détroit de GibraltarSeuils

Seuil

Cam

ari

nal

10O

300

200

100

400

600

700

800

Détr

oit

de T

ari

fa


Marine Herrmann, Post-DoctoranteColl. Université de Malaga

PIWO, HYMEX

Génération sur

monts,dorsales,

seuils. Mélange

Interaction avec


Méla

nge


Mélange

Réflexion

Golfe de Gascogne MINT-94, Pré-études: ondes solitaires…

Ondes internes non-linéaires, Études de processus:

Réflexions des ondes, Interactions avec la thermocline, Mélange induit,

Seuil de Gibraltar.

Projet PIWO

Régimes d’ondes internesDynamique,Transferts énergétiques.


Projet LEFE-IDAO / Thèses MESR

Merci !

1

0

dt

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1

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