Propagation des panaches d’eaux mélangées en milieu côtier

Audrey Pasquet

Thèse SHOM/LEGOS

Encadrants: Yves Morel, Rémy Baraille

Epigram, Brest, 16/11/2009 - Atelier circulation

Etude menée

Objectif : Comprendre les mécanismes responsables de l'extension des masses d'eau mélangée en milieu stratifié et côtier et faire des études de sensibilité en regardant et le taux de production, la propagation sectorielle et la structure du mélange.

Outils : programme MICOM (adiabatique, coordonnées purement isopycnales, configuration académique)

Méthode : modèle 4 couches- configuration côtière A : zone de mélange semi cylindrique à la côté- configuration centrée B : zone de mélange cylindrique au centre de la grilleSous-configurations: avec et sans pente (élévation de 50m pour 200 km)

Etudes de sensibilité menées pour les paramètres suivants : La friction au sol (Cd) L'intensité du mélange (KV0) La stratification (drho) Un courant imposé (V0) La topographie imposée (pente, présence d'une île, distance variable à la côte...)

Effets de la pente et de la côte -1Pente

Dispersion des structures vers le nord. Structures affaiblies en PVA vers le nord, plus

agglomérées et filamenteuses. Diminution de l’extension du panache nord avec la

pente ainsi que de la production totale d’instabilité. La pente induit une variation de PVA de fond qui

impacte la stabilité des dipôles; les dipôles se propageant vers le sud sont stables, ceux vers le nord sont instables.

Instabilité des dipôles se propageant vers le Nord au dessus de la pente.

Stabilité des dipôles se propageant vers le Sud au dessus de la pente.

Effets de la pente et de la côte -2Côte et pente

Effets d’un mur vertical: Transport des structures vers le Nord le

long de la paroi Est par l’onde de Kelvin.

Production importante d’instabilité au sud due à la circulation anticyclonique dans la ZDM et à l’effet miroir (mis en évidence dans les V0Aflat.)

Effets conjugués de la pente et de la côte: Tendance du mélange à rester plaqué à

la côte sous les effets de l’instabilité due à la PVA, de l’onde de Kelvin qui guide les structures le long de la côte, et de l’onde topographique qui forme un panache vers le nord et qui en affaiblit la PVA.

Cette tendance sature la ZDM en eaux mélangées et défavorise la production de mélange.

Dégagement au sud existant malgré l’onde topographique

Effets de la pente et de la côte – 3Tableau récapitulatif – Production de mélange

  Onde de KelvinOnde

topographiqueEffet miroir

Stabilité/instabilité des dipôles

Côtier sans pente

Transports des structures le long de

la paroi verticale vers le Nord

 

Circulation anticyclonique dans la zdm entraînant une

production de mélange importante vers le Sud

 

Côtier avec pente

Transports des structures le long de la paroi verticale Est

vers le Nord

Redirection des structures dans un panache nord dont

l’extension diminue avec la pente.

Circulation anticyclonique dans la zdm entraînant une

production d'instabilité cyclique vers le Sud mais l'onde

topographique redirige les structures vers la zdm, ce qui freine le renouvellement du

mélange.

Entraînement des dipôles allant vers le

Nord vers l‘Est, ce qui surcharge la côte et

empêche le dégagement de la zdm, et donc le renouvellement du

mélange.

Centré sans pente

       

Centré avec pente

 

Redirection des structures dans un panache nord dont

l’extension diminue avec la pente.

 

Entrainement des dipôles vers l‘Est et

l‘Ouest au Nord, vers le Sud au Sud.

Friction au fond - 1

Baisse rapide du taux de production dès Cd=0,0005

Direction du mélange vers le nord dans le cas sans pente avec côte

La friction au fond impacte principalement la troisième couche.

Friction au fond – 2

PVA en configuration côtière de référence

Friction au fond – 3

PVA en configuration côtière avec friction au fond Cd=0,0005

Stratification

Baisser la stratification induit:

Un couplage plus grand entre les couches qui favorise la production d’instabilité barocline.

Une diminution du rayon de déformation interne qui défavorise la production d’instabilité barocline.

Le second effet est prépondérant

Diffusion verticale (KV0)

Augmentation de la PVA, du taux de production et de la propagation des structures avec KV0.

Le taux d’augmentation de la production totale est d’autant plus important que les phénomènes entraînant un renouvellement de la ZDM sont en jeux , on obtient donc le taux le plus élevé et toujours croissant pour la configuration côtière sans pente, tandis que la configuration côtière avec pente a le taux le plus bas, qui décroît même pour KV0>0,01)

Courant vers le nord - 1

Augmentation du taux de production total de mélange avec V0

Taux de production plus faibles pour les configurations côtières Hypothèses:- la production d’instabilité au sud due à l’effet miroir et à la circulation anticyclonique se fait avec une fréquence particulière qui limite la production totale.- La dynamique mise en place dans la zdm est différente dans les deux configurations A et B et peut répondre différemment présence d’un courant- Effet de l’onde de Kelvin ?

Courant vers le nord - 2

Détachement très clair de paquets de structures pour les vitesses de courant de l’ordre de grandeur de la vitesse induite par l’onde de Kelvin. (~10-20 cm/s)

Courant vers le nord - 3

Les instabilités se développent plus facilement du côté de la pente où la profondeur décroît.

Courant vers le nord – 4 PVA en configuration centrée sans et avec courant

Prospectives

Valider les hypothèses faites lors des analyses par des observations notamment au niveau du Front d’Ouessant.

Passer sur une configuration réaliste (HYCOM) sur la Mer d’Iroise en prenant en compte la marée.