Turbulence océanique
Présentation
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A partir des connaissances sur les instabilités océaniques et sur la méso échelle océanique, ouvrir la connaissance des liens entre tous les mouvements du spectre. Démarche double : approche phénoménologique/théorie statistique, approche déterministe |
This course is about ocean turbulence. Students will acquire a general knowledge about the turbulent fluids, their properties and the implications for energy cascades in the ocean. The course is taught in English.
Pré-requis nécessaires
Connaissance de la dynamique des fluides géophysiques et de la meso échelle océanique (niveau M2)
Geophysical fluid dynamics
Objectifs
Ouvrir aux problématiques actuelles de la recherche en océanographie physique avec un fort impact sur la biologie marine
On completing this course, students will know the main characteristics of turbulent cascades (laws, scalings) in typical idealized turbulent regimes (3d/2d turbulence, stratified turbulence, QG/SQG turbulence) and learn how to characterize them in realistic flows.
Compétences visées
mieux comprendre et mieux interpréter la variabilité physique de l’océan et les interactions non linéaires d'echelles
être capable d’appréhender et de quantifier - par la théorie et la simulation numérique - l'impact des petites échelles océaniques sur la biogéochimie marine et sur les écosystèmes marins
Analyser et résoudre un problème de physique marine
Savoir analyser un problème de physique marine;
Observer et simplifier la théorie en regard des processus
Savoir établir un plan de mesures au regard des objectifs
Savoir obtenir des ordres de grandeur des phénomènes pour les analyser, les classer ou pour préparer une modélisation;
Utiliser les jeux d’équations simplifiées pour minimiser l’effort de solution des problèmes océanographiques, géophysiques ou hydrodynamique navals
Identifier, sélectionner et analyser avec esprit critique diverses ressources spécialisées pour documenter un sujet et synthétiser ces données en vue de leur exploitation
identifier les informations dans la littérature scientifique et extraire le questionnement nouveau
avoir une culture des ordres de grandeur du système océan-atmosphère-climat pour qualifier ou analyser des observations
developper des calculs nouveaux a partir de calculs existants pour résoudre un problème original
Analyser et synthétiser des données en vue de leur exploitation
appliquer des méthodes d'analyse spectrale ou statistique
Développer une argumentation avec esprit critique.
Apres identification des champs professionnels, acquisition des connaissances théoriques et développement des compétences pratiques (mesures de terrain, laboratoire) et numériques pour pouvoir traiter les projets des laboratoires ou des entreprises
Communiquer par oral et par écrit, de façon claire et non-ambiguë, dans au moins une langue étrangère
prendre des notes et communiquer a tous les stades d'un projet
présenter ses résultats dans des ouvrages ou journaux scientifiques selon les criteres des publications scientifiques internationales (expression en anglais)
Identifier le processus de production, de diffusion et de valorisation des savoirs
Savoir faire un état de l’art bibliographique; savoir classer les questions scientifiques et les résultats par typologie et ordre d’importance pour rédiger rapports et publications; avoir acquis l’expertise sur la structure et l’organisation des rapports et articles scientifiques; savoir produire des figures scientifiques en fonction du contenu d’information souhaite
Descriptif
Importance de la turbulence dans le domaine océanique ; multiplicité des échelles de mouvement et liens entre elles
théorie phénoménologique/statistique de la turbulence 3D – application aux petites échelles (rotation et stratification faibles)
Rotation et stratification dominantes – théorie de la turbulence 2D et géostrophique – transferts d’énergie et d'enstrophie – liens avec les structures physiques
Turbulence en milieu stratifie non tournant – turbulence de surface ou d'interface oceaniques
Frontogenese et filamentogenese – sous méso échelle, importance des composantes agéostrophiques et des vitesses verticales
Topics covered in courses :
Concept of turbulence
Properties of turbulence
3D turbulence: The Kolmogorov theory
2D turbulence
Geostrophic turbulence
Surface quasi-geostrophic turbulence
Stratified turbulence
Realistic Ocean turbulence
Practical activities :
Activity 1 : Energy/enstrophy cascades in 2d turbulence [fluid2d]
Activity 2 : Energy cascades in realistic simulations
Evaluation :
The evaluation is based on a report, which includes a numerical activity (analysis of ocean data) and summary of research articles
Bibliographie
J C McWilliams. Elements of Geophysical Fluid Dynamics
J C McWilliams articles J Fluid Mech 1984, 1989, 1990a et b, sur la turbulence 2D, sur la turbulence oceanique, et sur les structures coherentes en turbulence