Academic literature on the topic 'Ondes hydrodynamiques'

Les scientifiques et les gestionnaires des risques côtiers utilisent des visualisations semi-réalistes des ondes de tempêtes liées aux modèles hydrodynamiques afin de faire en sorte que les effets projetés suscitent l’intérêt et soient accessibles. Ces visualisations ne s’inscrivent pas convenablement dans les cadres de référence établis pour visualiser les risques, étant donné qu’elles ajoutent des détails de représentation et peuvent suggérer davantage de certitude qu’elles ne le devraient quant aux résultats. Les auteurs se demandent comment les publics exposés envisagent ces visualisations par rapport aux normes de représentation des graphiques et des visualisations scientifiques telles qu’elles sont perçues. Ils interrogent les participants à un sondage en ligne (735 experts et membres du grand public, essentiellement du Rhode Island et du nord-est des États-Unis) au sujet des caractéristiques qui font qu’une représentation est « scientifique ». Les résultats du sondage montrent l’existence de différences dans les normes mises de l’avant par les experts et par le public et révèlent que les personnes et les institutions qui créent les visualisations peuvent influencer les perceptions de légitimité davantage que le style de visualisation. La possibilité que les visualisations induisent en erreur et entretiennent l’idée selon laquelle les scientifiques se livrent à un plaidoyer risque de s’en trouver accrue.

Résumé Des levés régionaux de géologie marine effectués sur trois ans dans l’estuaire du Saint-Laurent permettent pour la première fois de caractériser en détail le relief sous-marin entre l’Ile aux Coudres et Pointe-des-Monts, Québec Canada. Les levés de bathymétrie multifaisceaux, couplés à des levés géophysiques à haute résolution (sismique et sonar à balayage latéral) et à l’échantillonnage du fond marin, ont permis d’imager et de documenter des champs de dunes décamétriques pouvant atteindre une dizaine de kilomètres de longueur et quelques kilomètres de largeur. La présence de ces mégadunes suggère un environnement très dynamique ainsi qu’une grande mobilité des sédiments. Deux de ces champs, localisés à l’intérieur des limites du Parc marin Saguenay‑Saint‑Laurent, font l’objet d’une description plus détaillée afin de comprendre l’environnement physique dans lequel ils ont été mis en place. Des ondes internes modernes dans l’estuaire moyen du Saint‑Laurent, phénomènes connus et documentés, sont peut-être un mécanisme important de la mise en place et de la mobilité des mégadunes. Toutefois, les profils sismiques dans ces champs de mégadunes montrent que certaines pourraient être un vestige d’une période où le régime hydraulique de l’estuaire était différent, avec un débit beaucoup plus fort vers l’aval et des courants de marée plus importants. Des mégadunes imagées sur le fond marin, d’une amplitude de 10 m et d’une longueur d’onde moyenne de 200 m, sont en effet observées sur un des profils sismiques en‑dessous de boues modernes. Les ondulations du fond marin sont identifiables à plusieurs échelles, les plus grosses étant surmontées de plus petites, qui elles pourraient représenter le régime hydrodynamique actuel. Il reste à évaluer l’activité moderne des mégadunes par le biais de levés multi‑annuels afin de quantifier le taux de déplacement, les changements morphologiques et d’établir une relation directe avec les conditions hydrodynamiques modernes.

Les équations de Kadomtsev-Petviashvili (KP) décrivent les ondes de faible amplitude et de grande longueur se déplaçant à la surface de l'eau, principalement dans la direction (Ox). Quant à l'équation de Benjamin-Ono (BO), elle décrit de telles ondes se déplaçant à l'intérieur de l'eau. On s'intéresse à ces équations vue en tant qu'équations de type Benjamin-Bona-Mahony (BBM).
Notre travail se divise alors en trois parties. Dans la première partie, on rappelle la modélisation des différentes équations. On montre plus particulièrement que les modèles BBM s'obtiennent à partir du principe fondamental de la dynamique via une analyse asymptotique. On compare alors les solutions des équations de KP, respectivement de BO, avec les solutions des équations de type BBM.
Dans la seconde partie, on s'intéresse à certaines propriétés qualitatives des équations généralisées de type BBM. Des résultats de prolongement en temps des bornes sur les normes de Sobolev, de décroissance en temps et de prolongement unique des solutions sont établis.
Enfin, on termine avec une étude numérique des solutions des équations KP généralisées en dimension 3 d'espace. Dans cette dernière partie, en collaboration avec F. Hamidouche et S. Mefire, on inspecte numériquement les phénomènes de dispersion, d'explosion en temps fini, de comportement solitonique et d'instabilité transversale.

Les équations de Kadomtsev-Petviashvili (KP) décrivent les ondes de faible amplitude et de grande longueur se déplaçant à la surface de l'eau, principalement dans la direction (Ox). Quant à l'équation de Benjamin-Ono (BO), elle décrit de telles ondes se déplaçant à l'intérieur de l'eau. On s'intéresse à ces équations vue en tant qu'équations de type Benjamin-Bona-Mahony (BBM). Notre travail se divise alors en trois parties. Dans la première partie, on rappelle la modélisation des différentes équations. On montre plus particulièrement que les modèles BBM s'obtiennent à partir du principe fondamental de la dynamique. On compare alors les solutions des équations de KP, respectivement de BO, avec les solutions des équations de type BBM d'un point de vue théorique, puis numérique. Dans la seconde partie, on s'intéresse à certaines propriétés qualitatives des équations généralisées de type BBM. Des résultats de prolongement en temps des normes de Sobolev, de décroissance en temps et de prolongement unique des solutions sont établis. Enfin, on termine avec une étude numérique des solutions des équations KP généralisées en dimension 3 d'espace. Dans cette dernière partie, en collaboration avec F. Hamidouche et S. Mefire, on inspecte numériquement les phénomènes de dispersion, d'explosion en temps fmi, de comportement solitonique et d'instabilité transversale
The Kadomtsev-Petviashvili equations (KP) describe the small amplitude long wave moving mainly in the x-direction in shallow water. As for ti Benjamin-Ono equation (BO), it describes such waves moving inside water. We are interested in these equations seen as equations of Benjamin-BonaMahony type (BBM). Our work is subdivided in three parts. ln the first one, we recall the modelling of the different equations. More particularly, we show that the BBM models are obtained from the fundamental principle of dynamics via an asymptotic analysis. We compare then the solutions of the KP equations, respectively of the BO one, with the solutions of the equations of BBM type. ln the second part, we are interested in sorne qualitative properties of the generalized equations of BBM type. Sorne results of continuation in time of bounds on Sobolev norms, decay in time and unique continuation of the solutions, are established. Finally, we conclude with a numerical study of the solutions of the generalized KP equations in space dimension 3. (n this last part, in collaboration with F. Hamidouche and S. Mefire, we inspect numerically the phenomena of dispersion, blow-up in finite time, solitonic behaviour and transverse instability

Cette thèse porte sur l’étude expérimentale et théorique de quatre instabilités associées à l’émergence de motifs réguliers sur des substrats érodables ou fortement déformables,instabilités liées à l’hydrodynamique sur un relief modulé.La première partie porte sur l’étude de l’instabilité d’une plaque élastique fixée aux deux bouts et soumise à un écoulement fluide permanent. La solution plane est instable vis-à-vis d’ondes propagatives, lorsque l’écoulement est suffisamment fort. La sélection de fréquence et de longueur d’onde est caractérisée expérimentalement en fonction de la vitesse de l’écoulement. Ces quantités suivent remarquablement les lois d’échelle obtenues par l’analyse de stabilité linéaire du problème. Le principe de l’expérience pourrait être appliqué à la récupération d’énergie.La deuxième partie porte sur une analyse théorique de la formation de rides géantes sur la comète 67P, récemment observées par la sonde Rosetta. Nous montrons comment le dégazage de vapeur se produit au travers d’une couche poreuse granulaire superficielle et comment l’alternance jour/nuit conduit à des gradients de pression gigantesques qui engendrent des vents thermiques de surface. Ces motifs apparaissent comme étant les analogues de rides qui se forment à la surface de lit sableux dans un écoulement visqueux.L’analyse de stabilité linéaire du problème permet de prédire quantitativement l’émergence de ces rides à la longueur d’onde et à la vitesse de propagation observées. Cette description fournit un outil robuste et fiable pour décrire les processus d’érosion et d’accrétion dans l’évolution des petits corps.Dans la troisième partie, nous proposons un modèle pour l’apparition de motifs de sublimation sur Pluton, tels que ceux observés sur Sputnik Planum. La formation et l’évolution de ces motifs proviennent de la sublimation/condensation différentielle de la glace d’azote.Nous montrons que l’atmosphère de Pluton possède des propriétés (température et pression)peu variables en espace et en temps. Nous analysons les différents mécanismes d’instabilité en compétition et concluons à un mécanisme original, basé sur le mélange et e transport de chaleur dans l’atmosphère, plutôt qu’au mécanisme des pénitents, basé sur l’auto-éclairement de la surface de glace.Enfin, nous avons étudié théoriquement l’instabilité de formation des rides éoliennes en considérant les trajectoires des grains résonantes avec le relief. Cette modélisation prend en compte de manière simple et effective les effets collectifs du transport de sédiments. Le modèle est validé à partir de simulations numériques existantes, elles mêmes calées sur des expériences contrôlées
This thesis is devoted to the experimental and theoretical investigations of four instabilitiesassociated with the emergence of regular patterns over erodible/flexible substrates, andrelated to hydrodynamics over a modulated relief.First, the instability of a flexible sheet clamped at both ends and submitted to a permanentwind is investigated. The flat sheet solution is unstable towards propagative waves, forstrong enough wind. We experimentally study the selection of frequency and wavenumberas a function of the wind velocity. These quantities obey simple scaling laws derived froma linear stability analysis of the problem. This phenomenon may be applied for energyharvesting.Second, an explanation is proposed for the giant ripples observed by spacecraft Rosettaat the surface of the comet 67P. We show that the outgassing flow across a porous surfacegranular layer and the strong pressure gradient associated with the day-night alternanceare responsible for thermal superficial winds. We show that these unexpected patterns areanalogous to ripples emerging on granular beds submitted to viscous shear flows. Linearstability analysis of the problem quantitatively predicts the emergence of bedforms at theobserved wavelength and their propagation. This description provides a reliable tool topredict the erosion and accretion processes controlling the evolution of small solar systembodies.Third, we propose a model for rhythmic, dune-like patterns observed on SputnikPlanum of Pluto. Their emergence and evolution are related to the differential condensation/sublimation of nitrogen ice. We show that the temperature and pressure in Pluto’satmosphere are almost homogeneous and steady, and that heat flux from the atmospheredue to convection and turbulent mixing is responsible for the emergence of these sublimationpatterns, in contrast to the penitentes instability due to solar radiation.Last, we report an analytical model for the aeolian ripple instability by considering theresonant grain trajectories over a modulated sand bed, taking the collective effect in thetransport layer into account. The model is tested against existing numerical simulationsthat match experimental observations

La dynamique d'ondes internes de gravite stationnaires est abordee au moyen de simulations numeriques directes bidimensionnelles. La premiere partie est consacree a la description des mecanismes d'instabilites conduisant au deferlement d'une onde primaire en evolution libre. Le processus de deferlement est precede d'une phase de croissance lente d'une instabilite primaire a l'origine d'une augmentation progressive du cisaillement et de la pente des isopycnes. Cette instabilite est decrite par la theorie d'interactions resonnantes lorsque l'onde primaire est de faible amplitude. Dans ce cas et lorsque l'onde est de haute frequence, l'instabilite est de type parametrique et conduit a la formation d'une structure spatiale localisee de vorticite croissante. L'apparition brutale de turbulence caracterisant le deferlement est provoquee par une instabilite secondaire de cisaillement. Durant le regime turbulent consecutif, cette instabilite secondaire se produit de maniere intermittente et est associee a des deferlements locaux intenses qui conduisent a une chute brutale de l'energie. La variation de la duree de vie de l'onde a ete etudiee en fonction de sa pente. La deuxieme partie concerne la dynamique d'ondes internes excitees parametriquement. On montre qu'une selection s'opere parmi les modes resonnants, conduisant a la croissance d'un mode dominant. Un regime intermittent est observe marque par l'alternance de periodes de croissance et de decroissance. Les premieres sont liees a l'action constructive de l'excitation alors que les secondes resultent d'un mecanisme non lineaire de saturation de l'instabilite ou de l'occurrence du deferlement ou encore de la conjonction de ces deux phenomenes. Le melange de fluide produit lors du deferlement est enfin estime. Le coefficient de diffusion verticale et l'efficacite de melange sont determines et compares a des valeurs experimentales

Cette thèse est dédiée à l'étude d'ondes non linéaires dans des écoulements en rotation. Dans une première partie, je me suis intéressé aux ondes de Rossby apparaissant par instabilités de thermoconvection dans une coquille sphérique en rotation représentant un modèle simplifié de noyau planétaire tellurique, et ce pour deux types de forçage: un chauffage interne correspondant à une activité radioactive du noyau et un chauffage différentiel lié à la différence de température entre les frontières interne et externe. Selon le théorème de Proudman-Taylor, l'écoulement possède une faible dépendance en la coordonnée axiale à cause de la rotation rapide. Cela permet de simplifier les modèles 3D en des modèles quasi géostrophiques 2D reposant sur une intégration axiale. Cette thèse présente la première comparaison systématique entre modèles 2D et 3D (Simitev, U-Glasgow) concernant des ondes de Rossby faiblement non linéaires. En 2D l'équation de Landau régissant l'amplitude de l'onde critique est calculée; l'amplitude de la convection et celle des écoulements zonaux ainsi prédites se comparent assez bien aux résultats 3D. L'existence d'une bifurcation sous-critique est établie à très bas nombre d'Ekman en chauffage interne et en chauffage différentiel, à condition dans ce dernier cas que le nombre de Prandtl soit petit. La seconde partie est une étude expérimentale de l'écoulement d'eau et de ses premières instabilités dans un canal annulaire creusé dans un plateau éventuellement en rotation surmonté d'un couvercle tournant. Trois cas sont étudiés: le cisaillement pur correspondant à la rotation du couvercle seul, la corotation rapide et la contrarotation pure. Le seuil d'instabilité détecté par mesures globales (visualisations par caméra vidéo) et locales par Vélocimétrie Laser Doppler se caractérise par des ondes spiralées. Dans le cas de la contrarotation pure, des structures localisées dans l'espace-temps peuvent coexister avec les ondes. Une comparaison est effectuée avec des calculs numériques (Serre, CNRS-Marseille). Un accord relativement bon est obtenu pour l'écoulement de base (vitesse azimutale) et la première instabilité (nombre de Reynolds, nombre d'onde et fréquence angulaire critiques)
A first part is devoted to the study of the Rossby waves that appear in a rotating spherical shell representing the core of a terrestrial planet by thermal instabilities for two heating types. Internal heating is driven by radioactive sources and differential heating is driven by a difference of temperature between the internal and external frontiers. According to the Proudman-Taylor theorem, the flow depends only weakly on the axial coordinate because of the high rotation rate. Thus the 3D models can be simplified into quasi-geostrophic 2D models \textit{via} an axial integration. I present the first systematic comparison between 2D and 3D models (Simitev, U-Glasgow) for weakly nonlinear Rossby waves. In 2D the Landau equation that controls the amplitude of the critical wave is calculated. Predicted convection' amplitude and zonal flows agree rather well with the 3D results. The existence of a subcritical bifurcation is established at very low Ekman numbers with internal and differential heating; in this latter case, the Prandtl number also has to be small for the bifurcation to be subcritical. The second part is an experimental study of water flows and its first instabilities in an annular channel digged in a plate which may rotate, and which is sheared by a rotating lid. Three cases are studied: a pure shear where only the lid turns, a rapid corotation and a pure contrarotation. The onset of instability is studied with global measurements (using a video camera) and local ones (Laser Doppler Anemometry) and is characterized by spiralling waves. In the case of contrarotation, patterns localized in space and time may coexist with the waves. The comparison of these results with numerical ones (Serre, CNRS-Marseille) is done and shows a rather good agreement for the basic azimutal flow and the first instability (critical Reynolds number, wavenumber and angular frequency)

La dynamique des ondes internes est etudiee experimentalement. Des ondes internes sont excitees par instabilite parametrique, ainsi une cuve remplie, soit de fluide continument stratifie en densite, soit par un bicouche de fluide, est soumise a un mouvement oscillant vertical ce qui revient a moduler sinusoidalement la gravite donc la frequence de brunt vaissala. Dans le cas d'un bicouche, les langues de l'instabilite parametrique de chaque mode d'oscillation de l'interface sont isolees, et leur dynamique est en bon accord avec la theorie faiblement non lineaire d'un oscillateur isole, avec toutefois quelques desaccords quantitatifs sur les taux de dissipation et de croissance. Dans le cas d'une stratification continue, la frequence propre depend uniquement de l'angle que fait le vecteur d'onde avec l'horizontale, et differents modes avec le meme angle sont excitables simultanement, toutefois, nous observons souvent un mode simple qui prevaut. L'instabilite parametrique des modes, du moins dans leur phase de croissance est en bon accord qualitatif avec la theorie. Le mode primaire croit, et developpe une onde secondaire par instabilite parametrique. Ce processus conduit au deferlement de l'onde et a son declin avec melange du fluide. Ensuite l'onde se remet en phase avec l'excitation et croit a nouveau. Nous observons ainsi, une dynamique intermittente. Parallelement a cette etude de processus, une etude statistique de la dynamique de ces ondes turbulentes est realisee. Elle met en evidence un spectre d'energie des ondes en k#-#3 caracteristique d'un regime d'ondes saturees qui se retrouve dans les milieux naturels stratifies, l'atmosphere et l'ocean. Le melange est caracterise par un coefficient de diffusion turbulente que nous obtenons experimentalement. Ce coefficient de diffusion peut etre relie a la partie universelle du spectre, ce qui permet de proposer des formules simples pour estimer le melange vertical dans l'atmosphere et l'ocean

Cette thèse est consacrée à l'étude du rayonnement acoustique des jets supersoniques,
dans le cadre de la théorie des instabilités linéaires.
Le point de départ consiste à modéliser les fluctuations observées dans les jets par des
ondes d'instabilités qui s'apparentent aux structures cohérentes de la turbulence.
Au niveau de description locale, une relation topologique entre les racines de la
relation de dispersion et ses coupures détermine le comportement asymptotique
de la réponse impulsionnelle, qu'il est possible de ramener à deux configurations génériques.
Ces deux configurations conduisent à admettre qu'une approche locale (ou approximation locale) n'est pas appropriée pour calculer le champ lointain, essentiellement parce que l'approximation obtenue n'est pas uniformément valable.
Le problème principal vient de ce que le comportement transversal d'une onde
d'instabilités peut présenter une transition exponentielle-algébrique et donc
conduire le système vers un état dispersif, à l'origine des ondes de Mach.
Ces transitions sont totalement compatibles avec la structure du champ proche
et pourraient être à l'origine d'un mécanisme de sélection des fréquences.

Les restes de supernova (RSN) s’étendent dans le milieu interstellaire (MIS) durant des dizaines d’années, sur des distances de plusieurs parsecs. Ils présentent des structures complexes dans leurs phases tardives (Sedov et radiative). L’instabilité de Vishniac (I. V. ) est supposée expliquer l’apparition de ces structures. Ce travail a pour objectif d’étudier le développement de l’I. V. , et de clarifier les conditions de croissance. Deux études analytiques, basées sur des travaux précédents, déterminent des relations de dispersion théorique pour les RSN en phase de Sedov, en se basant sur deux modèles : l’un où le RSN est modélisé par une coquille fine contenant un gaz très chaud et très ténu, et un autre où l’écoulement hydrodynamique est étudié dans son ensemble. Il apparaît alors que l’I. V. Devrait se développer durant la phase radiative des RSN plutôt qu’en phase de Sedov. Une étude numérique utilisant le code d’hydrodynamique radiative HADES en version parallèle permet alors de confronter ces conclusions à la simulation de RSN dans lesquels est introduit une perturbation, de mode propre l, le déclenchant le mécanisme de l’I. V. Le développement de l’I. V. Y est étudié en phase Sedov, confirmant les résultats analytiques. Ensuite, les effets des pertes d’énergie sur la dynamique du RSN décrits, et une loi concernant l’évolution auto-semblable du rayon RSN est établie. Enfin le développement de l’I. V. En phase radiative est simulé. On montre alors que l’I. V. Est susceptible de croître en phase radiative, et on observe le développement d’une perturbation de mode propre l’ doublé par rapport à celui de la perturbation initiale : l’=2l
Supernova remnants (SNR) expand in the interstellar medium (ISM) during few tens of thousands, over distances of many parsecs. They present complex structures during their late phases (Sedov and radiative phase). The instability of Vishniac (V. I. ) is supposed to explain the emergence of these structures. The objective of this work is to study the development of the V. I. , and to clarify the conditions to its growth. Two analytical studies based on previous works, determine the theoretical relations of dispersion for SNR expanding in the Sedov phase. We have considered two different models : a first one in which the SNR is modeled by a thin shell containing a very hot and low-density gas, and a second one in which the hydrodynamic flow is overall studied. These two approaches lead to the conclusion that the V. I. Should develop during the radiative phase of the SNR rather than in the Sedov phase. The radiative hydrodynamic code HADES is used with multiprocessors in order to perform numerical study of SNR evolution undergoing a perturbation of eigen model l. We follow the mechanism of the V. I. Triggering. We confront analytical results with numerical ones and we confirm the analytical dispersion relations in the Sedov phase. Then the effects of the radiative losses on the SNR dynamics are described, and a law about the self-similar evolution of the radius of the SNR is established. Finally, the development of the V. I. In radiative phase is simulated. We then show that the V. I. Can grow in the radiative phase, and we observe the development of a perturbation of eigen mode l’ twice the initial one we introduced : l’=2l