Letteratura scientifica selezionata sul tema "Structures à méso-échelle"

La redécouverte en 2003 par Holbrook et al. que la colonne d'eau pouvait être imagée par la méthode de la sismique marine a débouché sur la mise en place du projet européen GO (Geophysical Oceanography). Ce projet a eu pour but d'améliorer notre compréhension de la structure à méso et sous-méso-échelle de l'océan en étudiant plus particulièrement le Golfe de Cadix où une structure thermohaline complexe est présente. Les travaux présentés dans ce travail de thèse s'inscrivent directement dans ce projet. En retraitant des données historiques de sismique marine et d'hydrologie, nous avons réhabilité le jeu de données conséquent qui existait sur cette zone. Nous avons ainsi démontré que ces données de sismique marine permettaient d'imager les structures océanographiques de la méso-échelle à la sous-mésoéchelle avec une résolution horizontale d'environ 10 m. Les données d'hydrologie dont la résolution verticale est inférieure au mètre nous permettent de calibrer les données de sismique marine en température et salinité. Afin de relier nos deux jeux de données, nous avons cherché à définir le signal sismique. Celui-ci est reconstruit en convoluant le coefficient de réflexion avec l'ondelette source du système d'acquisition sismique. Le principal facteur influençant le signal sismique est la température via le gradient de vitesse du son. Les données de sismique marine et d'hydrologie de la campagne GO acquises simultanément dans le Golfe de Cadix en Avril 2007 ont ensuite été analysées pour déterminer la nature physique et les caractéristiques géométriques des réflecteurs acoustiques dans la colonne d'eau. Les données sismiques montrent des réflecteurs intenses, proches de la surface, au-dessus des courants d'Eau Méditerranéenne (EM), au-dessus d'un Meddy, et dans une structure de sous-méso-échelle de l'EM qui sont liés à de forts contrastes thermohalins. L'analyse en ondelettes verticales appliquées aux données sismiques indique des réflecteurs de longueurs d'onde verticales (16-64 m) associées à une stratification thermohaline. En bordure du Meddy, des intrusions latérales d'eau moins salée sont révélées par des réflecteurs de 25-75 m d'épaisseur. Les données sismiques étudiées révèlent que les limites supérieures et inférieures des couches correspondent à l'existence de structures à fine-échelle. Les données basse fréquence de sismique marine permettent la détection systématique et la surveillance des tourbillons de mésoéchelle et de sous-méso-échelle qui ne sont identifiés qu'occasionnellement avec les sections d'hydrologie.

La découverte par Holbrook et al. (2003) que la colonne d’eau peut être imagée par la méthode de la sismique marine a entraîné la mise en place du projet européen GO (Geophysical Oceanography). Ce projet a eu pour but d’améliorer notre compréhension des structures de l’océan en étudiant le Golfe de Cadix où la structure thermohaline est complexe. Nos travaux sont à replacer dans ce projet. En retraitant des données historiques de sismique marine et d’hydrologie, nous avons commencé à réhabiliter le jeu de données de la zone. Nous avons mis en évidence que les données sismiques permettent d’imager les structures océanographiques avec une résolution horizontale de 10 m. Les données d’hydrologie (résolution verticale < 1 m) nous permettent de calibrer les données sismiques en température et salinité. Afin de relier nos deux jeux de données, nous avons cherché à définir le signal sismique. Il est le coefficient de réflexion convolué avec l’ondelette source du système sismique. La température via le gradient de vitesse du son influence principalement celui-ci. Les données de sismique marine et d’hydrologie acquises simultanément dans le Golfe de Cadix (Campagne GO - Avril 2007) ont été analysées pour déterminer les caractéristiques des réflecteurs acoustiques de la colonne d’eau. Les données sismiques montrent des réflecteurs intenses liés à de forts contrastes thermohalins. L’analyse en ondelettes des données sismiques montre du layering thermohalin, des intrusions latérales et des structures à fine-échelle. Les données de sismique marine permettent la détection systématique et la surveillance des tourbillons qui ne sont identifiés que rarement avec les sections d’hydrologie
The discovery by Holbrook et al. (2003) that the water column could be imaged by die marine seismic reflexion has led to die foundation of the European GO (Geophysical Oceanography) project. This project aims to improve our comprehension of die oceanic structures, with particular application to the Gulf of Cadiz. It has a complex thermohaline structure. 0w work must be replaced in this project. In reprocessing the historical marine seismics and hydrology data, we began to rehabilitate the large database of this area. Thus, we evidenced that the seismic data can image die oceanographic structures with a horizontal resolution of 10m. The hydrologic data which have a vertical resolution around 1 m can calibrate the seismic data in temperature and salinity. To relate our two databases, we searched a precise definition of the seismic signal. It is the reflexion coefficient convoluted with the source wavelet of the acquisition system. The main factor influencing the seismic signal is temperature via the sound speed gradient. Marine seismic and hydrological data acquired simultanously in the Gulf of Cadiz (GO cruise - April 2007) have been analyzed to determine the characteristics of acoustic reflectors in the water column. Seismic data show strong reflectors near the surface, above Mediterranean Water (MW) undercurrents, above a meddy, and in a submesoscale MW structure. Wavelet analysis of seismic data are associated with thermo-haline layering, lateral intrusions and fine-scale structures. Marine seismic data allow systematic detection and monitoring of eddies that hydrological sections identify only occasionally

L'expérience POMME (Programme Océan Multidisciplinaire Méso-échelle) a étudié pendant
un an une région de l'Océan Atlantique Nord-Est situé entre les Açores et la Péninsule
Ibérique afin de comprendre les processus qui font de cette région l'un des principaux puits de
dioxyde de carbone atmosphérique. Ce travail décrit la circulation océanique à méso-échelle dans
POMME. Des trajectoires de flotteurs lagrangiens de subsurface et de flotteurs ARGO sont utilis
ées pour identifier des structures tourbillonnaires et déterminer leur évolution. Combinées à
d'autres observations par analyse objective multi-données, elles fournissent des champs synoptiques
de la circulation horizontale, dans lesquels les transports turbulents sont estimés par diagnostics
lagrangiens. Une configuration régionale du modèle MICOM a été mise en place pour
produire une réanalyse de la circulation dans POMME en assimilant les trajectoires des flotteurs
lagrangiens. Des méthodes spécifiques ont été développées pour tenir compte du caractère lagrangien des observations dans des techniques d'assimilation séquentielle et variationnelle

La compréhension des écoulements préférentiels dans la zone non saturée en fond de bassins d’infiltration est une condition préalable à une gestion optimale de ces ouvrages. Le basin d’infiltration étudié repose sur un dépôt fluvioglaciaire hétérogène constitué d’un lithofaciès majoritaire contenant des lentilles de sable et de gravier. Une étude géophysique (radar) a permis de caractériser cette hétérogénéité sédimentologique le long de radar-grammes (sections de quelques mètres de profondeurs et de plusieurs dizaines de mètre de long). Les écoulements ont été modélisés pour toutes ces sections ainsi qu’une section fictive remplie uniquement du lithofaciès majoritaire (témoin) et pour divers évènements pluvieux type incluant une chronique météorologique complète. Les résultats montrent clairement que l'hétérogénéité lithologique a un effet significatif sur l’écoulement avec la mise en place d’écoulements hétérogènes du fait de phénomènes de barrière capillaire au niveau des lentilles de sable et de gravier en non-saturé. Cet effet se répercute sur les chemins de l’eau dans le dépôt et sur les flux en surface (infiltration et ruissellement). Les résultats montrent aussi que cet effet dépend fortement de la section considérée. La variabilité spatiale de l’hétérogénéité lithologique induit donc une variabilité spatiale des écoulements préférentiels. Certains paramètres architecturaux et géométriques relatifs à l’hétérogénéité lithologique ont été proposés pour expliquer l’effet de l’hétérogénéité lithologique sur les écoulements préférentiels, de sorte à proposer une première tentative de modélisation des écoulements à méso-échelle
Understanding preferential flows in the vadose zone is a prerequisite for a proper management of infiltration basins. The studied infiltration basin lies on a strongly heterogeneous glaciofluvial deposit made of a predominant lithofacies that embeds lenses of sand and gravel. Geophysics (GPR) were used to characterize the lithological heterogeneity along radar-grammes (sections few meters deep and dozens of meters long). Flow was modelled for all these sections and compared to a synthetic section filled only with the predominant lithofacies (control). Numerical results show that, under unsaturated conditions, the lithological heterogeneity has a strong impact on flow with the establishment of preferential flows induced by capillary-barrier effects in the vicinity of lenses of sand and gravel. These effects have also consequences on water fluxes at surface (infiltration and runoff) and depend strongly on the section considered for numerical modelling. It can thus be concluded that the spatial variability of lithological heterogeneity induces a spatial variability of preferential flow. Geometrical and architectural parameters were defined to quantity lithological heterogeneity and link it to preferential flows, with the aim to propose a first step towards modelling flow in the basin at the meso-scale
O entendimento do fluxo na zona não saturada em formações heterogêneas é um prérequisito para uma gestão adequada de poluentes em bacias de infiltração inseridas nessas formações. Este estudo aborda o efeito da heterogeneidade litológica nos processo de escoamento numa bacia de infiltração com geologia inserida num depósito fluvioglacial. A bacia de infiltração é a Bacia Django Reinhardt, existente em Lyon. Esta bacia foi objeto de vários estudos que demonstraram algumas avaliações do impacto da heterogeneidade do solo. Os objetivos desses trabalhos foram todos baseados apenas no estudo sedimentológico de uma trincheira. Nenhum estudo abordou a potencial variabilidade espacial dos atributos do solo. Neste trabalho, foi modelizado o fluxo na zona vadosa através de três casos: drenagem interna, infiltração de água durante um evento de precipitação pluviométrica constante e solicitação hidrológica a partir de um fluxo variável escoamento superficial. Estes cálculos foram realizados para várias seções, que foram previamente caracterizadas quanto a sua heterogeneidade estrutural usando a técnica não destrutiva do GPR com uma frequência de 200MHz e 100MHz. O comportamento hidráulico dessas seções foi comparado com a de uma seção homogênea. Foi comparada o efeito da resolução da imagem nas estimativas das variáveis de fluxo. Alguns indicadores arquiteturais, geométricos e texturais foram propostos para esclarecer e avaliar a variabilidade espacial do efeito da heterogeneidade do solo sobre o fluxo em condições não saturadas. Os resultados mostram claramente que a heterogeneidade gera impactos nas variáveis de fluxo em condições não saturadas. Os impactos dependem da seção considerada.Os resultados mostram também que: a) a heterogeneidade estrutural do subsolo na meso-escala apresenta um efeito sobre a geração de escoamento preferencial e isso independe do tipo de solicitação aplicada na seção; b) O efeito da heterogeneidade se mostrou independentende das condições de contorno aplicadas na superfície; c) Nos períodos de ocorrência de chuvas intensas quem controla o comportamento das variáveis de fluxo é a intensidade de precipitação. No entanto, nos períodos em que ocorre ausência de precipitação, as variáveis de fluxo são controladas pela heterogeneidade da zona não saturada; d) A utilização de diferentes frequências influencia na estimativa das variáveis de fluxo. Isso é decorrente do impacto na quantificação da heterogeneidade decorrente do efeito da resolução de cada antena; e) Os indicadores não apresentaram relação direta com as variáveis de fluxo estudadas. Isso demonstra que o efeito da heterogeneidade não pode ser explicado por um único fator, mas por um conjunto de fatores

Une estimation précise de la circulation de surface est cruciale en raison de son impact direct sur les propriétés physiques et bio-géochimiques du du milieu marin. Cependant, l’estimation des courants reste un défi car le champ de circulation est affecté par des flux qui changent rapidement. Ce problème s’accentue en Méditerranée orientale, où les observations in-situ sont relativement rares et où les imprécisions des observations altimétriques augmentent. Par conséquent, certaines des caractéristiques de méso-échelle sont encore débattues ou inconnues, en particulier dans le bassin levantin. L’objectif de la thèse est de caractériser ces structures méso-échelles hautement évolutives dans la mer Méditerranée. Dans la première partie de la thèse, nous présentons une méthode d’assimilation variationnelle qui fusionne l’altimétrie satellitaire avec les observations des bouées pour améliorer la représentation de la circulation de surface le long et autour des trajectoires des bouées assimilées. Nous évaluons l’efficacité de la méthode en comparant les vitesses résultant de l’assimilation avec des observations in-situ indépendantes et des images couleur de l’océan. Nous utilisons ensuite les vitesses corrigées pour caractériser les événements locaux et à court terme qui se produisent dans le bassin du Levant. Cependant, en raison des lacunes spatio-temporelles importantes dans la couverture des bouées, l’assimilation ne permet pas une investigation continue de toutes les structures mésoéchelles et de leurs variabilités à long terme dans le bassin. Dans la deuxième partie de la thèse, nous présentons des techniques de “machine learning” qui seront utilisées pour construire un catalogue des différents régimes de circulation dans le bassin levantin, permettant ainsi la caractérisation à long terme de ces structures. Nous essayons également d’expliquer les raisons possibles derrière les évaluations contradictoires précédentes de certaines structures, comme par exemple, le “Mid-Mediterranean Jet”. Les résultats obtenus dans cette thèse améliorent la connaissance des caractéristiques,des comportements et des tendances des principales structures méso-échelle. Les applications de la thèse pourraient tirer profit d’autres observations in-situ et de futures missions altimétriques comme SWOT, promettant ainsi de pallier certaines des lacunes actuelles de l’altimétrie
An accurate estimation of the surface circulation is crucial because of its direct impact on physical and bio-geochemical water properties. However, currents estimation remains challenging because the stream field is affected by quickly changing flows. This problem increases in the Eastern Mediterranean Sea, where in-situ observations are relatively scarce and the inaccuracies of altimetric observations increase. Therefore, some of the mesoscale features are still debated or unknown, especially in the Levantine Basin. The thesis goal is to characterize these highly-evolving mesoscale features. In the first part of the thesis, we present a variational assimilation method that merges altimetry with drifters to improve the surface circulation representation along and around the assimilated drifters’ trajectories. We assess the method’s efficiency by comparing the velocities resulting from assimilation with independent in-situ observations and ocean color images. We use the corrected velocities to characterize short-term and local events occurring in the Levantine Basin. However, because of the significant spatio-temporal gaps in drifters’ coverage, the assimilation does not allow a continuous investigation of all the mesoscale patterns and their long-term variabilities in the basin. In the second part of the thesis, we use machine learning techniques to build a catalog of the several circulation regimes in the Levantine Basin, providing a long-term characterization of these features. We also try to explain the possible reasons behind previous contradictory assessments about some features, such as the Mid-Mediterranean Jet. The obtained results in the thesis improve the knowledge of the main mesoscale features’ characteristics, behaviors, and tendencies. The thesis applications could take advantage of other in-situ observations and of future altimetric missions like SWOT, promising to mitigate some of the actual altimetric shortcomings

Les tourbillons océaniques à méso-échelle ont des échelles de temps (plusieurs mois) et d'espace (100-300 km de diamètre) compatibles avec les processus écologiques des populations et communautés marines. L'objet de cette thèse est d'étudier sur la base de processus écologiques, la nature des liens entre les propriétés des tourbillons à méso-échelle et les bas niveaux trophiques (phytoplancton) ainsi que les réponses structurelles et dynamiques des communautés de thons et d'oiseaux marins dans le canal de Mozambique. De part son activité méso-échelle remarquable, celui constitue un laboratoire naturel pour l'étude de l'influence des structures méso-échelle sur l'écosystème pélagique. Nous avons caractérisé des descripteurs physiques synthétiques dérivés de la télédétection satellitale afin de décrire les tourbillons qui se sont avérés pertinents. L'étude des relations entre la distribution de différents maillons trophiques et des descripteurs de tourbillons via des modèles statistiques (GAM) a permis d'établir que (i) la concentration en chlorophylle de surface est reliée à la fois au caractère cyclonique des tourbillons, mais également aux bordures de tourbillons générés par les interactions entre ceux-ci,(ii) la présence de bancs de thons et de frégates en phase d'alimentation augmente sur les bordures de tourbillons,(iii) l'analyse lagrangienne basée sur les Exposants de Lyapunov montre que les frégates utilisent les structures lagrangiennes cohérentes à sub-méso-e��chelle pour se déplacer et s'alimenter, et enfin, (iv) nos résultats vont dans le sens de l'hypothèse que les tourbillons sont utilisés comme habitats transitoires par les prédateurs supérieurs.

Ce travail, mené en collaboration avec l'aérospatiale Les Mureaux et le centre d'études de Gramat, concerne la modélisation de matériaux composites tridirectionnels carbone/carbone sous sollicitations fortement dynamiques. Pour ce type de sollicitations, la notion de matériau homogène équivalent est inadaptée. L'objet de ce travail est de tester l'aptitude d'une modélisation a l'échelle des constituants mésoscopique (torons de fibres et blocs de matrice), a reproduire la réponse du matériau sous choc. Le matériau est tout d'abord identifie a l'échelle de ses méso-constituants. A cette fin, divers essais quasi-statiques sont réalisés et une modélisation sans effet de vitesse du comportement des constituants est alors proposée. Elle prend en compte des mécanismes d'endommagement, de compaction et d'anélasticité. Une technique de changement d'échelle, basée sur les développements asymptotiques adaptée aux matériaux périodiques, est utilisée. Associée à une analyse de sensibilité et à une hiérarchisation des mécanismes non-linéaires, elle permet de déterminer les paramètres locaux du modèle a partir des réponses globales du matériau. Afin de tester le méso-modèle ainsi identifie, une partie des informations est exploitée dans un logiciel de dynamique simplifie. Ce dernier permet de simuler les essais d'impact plaque/plaque suivant une direction de torons. Des essais de compression dynamique et des essais d'écaillage (réalisés par le ceg) sont ainsi bien reproduits. Les simulations montrent des modes distincts de propagation d'ondes dans les torons et dans la matrice ainsi que des phénomènes de transferts de charges. Des essais i pulsionnels, mal reproduits par simulation, ouvrent de nombreuses perspectives, notamment sur la nécessite de compléter la modélisation du comportement des méso-constituants par une sensibilité a la vitesse de déformation.