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Dissertations / Theses on the topic 'Fluide stratifié'
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Riedinger, Xavier. "Instabilité radiative d'un tourbillon dans un fluide stratifié." Aix-Marseille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX11053.
Full textAbstract:
Les tourbillons dans les ecoulements geophysiques sont souvent nombreux et presents a plusieurs echelles. Ils interviennent aussi bien dans la dynamique des ecoulements que dans leurs proprietes statistiques. Afin d'identifier precisement le r^ole des tourbillons dans les proprietes globales d'un ecoulement geophysique, il est important de conna^itre aussi finement que possible leur dynamique individuelle. Avec cet objectif, nous etudions dans cette these par des moyens theoriques, numeriques et experimentaux, les proprietes de stabilite de tourbillons stratifies modeles : le tourbillon de Lamb-Oseen et une famille d'ecoulements en rotation de Taylor-Couette et de Kepler. Nous montrons notamment que ces ecoulements, stables en milieu homogµene, peuvent devenir instables en presence d'une stratification stable le long de leur axe de rotation. Les trois types d'ecoulements sont soumis a une m^eme forme de destabilisation, l'instabilite radiative dont nous decrivons le mecanisme. Pour le tourbillon de Lamb-Oseen, une etude numerique exhaustive des proprietes de stabilite est realisee en fonction des nombres de Reynolds et de Froude, caracterisant les forces visqueuses et de flottabilite du fluide. Pour de faibles nombres de Reynolds, nous montrons que le mode le plus instable conduit µa une ondulation du vortex que l'on reussit a retrouver experimentalement. Pour l'ecoulement de Taylor-Couette genere par un cylindre en rotation, le mode le plus instable est egalement helicoïdal mais il conduit a une structure rayonnante plus marquee. Nous reussissons egalement a identifier ce mode dans les experiences. En utilisant l'ombroscopie et la technique du "synthetic schlieren", nous montrons aussi que la frequence et la longueur du mode observe sont en tres bon accord avec les predictions numeriques. D'autres resultats numeriques sont presentes qui montrent notamment que l'instabilite radiative n'est que partiellement reduite par la rotation planetaire et qu'elle pourrait etre presente dans un ecoulement keplerien<br>Vortices are widely present in geophysical flows at all scales. They are involved in the dynamics of flows as well as in their statistical properties. In order to identify precisely their role in the global properties of the flow it is important to know their individual dynamics as finely as possible. With this purpose, we study in this thesis through theoretical, numerical and experimental means, the stability properties of models of stratified vortices : The Lamb-Oseen vortex and a family of Taylor-Couette and Keplerian rotative °ows. We show, in particular, that these flows, stable in a homogeneous fluid, can become unstable in the presence of a stable stratification along their rotation axis. The three kinds of flows are subject to the same form of destabilisation, the radiative instability of which we describe the mechanism. For the Lamb-Oseen vortex, a comprehensive numerical study is performed by varying the Reynolds number and the Froude number which characterize the viscosity and the buoyancy of the fluid. For low Reynolds numbers, we show that the most unstable mode leads to an undulation of the vortex that we have obtained successfully in the experiments. For the Taylor-Couette flow generated by the rotation of a cylinder, the most unstable mode is also helical but it exhibits a more pronounced radiative structure. We also succeeded in obtaining this mode experimentally. The frequency and wavelength of the mode have been measured using shadowgraphy and the synthetic schlieren technique, and a very good agreement with the numerics has been demonstrated. Other numerical results are presented which show, in particular, that the radiative instability is only partially reduced by planetary rotation and that it could be present in Keplerian flows
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Aubert, Oriane. "Formes et dynamiques des tourbillons en écoulement stratifié tournant." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4751.
Full textAbstract:
L’océan et l’atmosphère sont des environnements fluides stratifiés en densité, en référentiel tournant : la force de Coriolis due à la rotation de la planète influence l’écoulement. De grands tourbillons lenticulaires évoluent dans ces environnements, avec parfois de grandes durées de vie comme les Meddies de l’Océan Atlantique.Dans la continuité des expériences de Griffiths & Linden (1981) et Hedstrom & Armi (1988), ces tourbillons sont reproduits en laboratoire en injectant ou aspirant localement du fluide dans une couche d’eau salée tournante, linéairement stratifiée en densité. A l’ordre dominant, les tourbillons sont à l’équilibre cyclo-géostrophique et hydrostatique, d’où l’on dérive la loi de leur rapport d’aspect, validée par les expériences et les observations. Un modèle complet de tourbillon à l’équilibre incluant les recirculations internes est proposé, en partant d’un profil Gaussien pour la vitesse azimutale, puis validé numériquement. A partir de ce modèle, un bilan d’énergie permet alors de décrire la décroissance des tourbillons.Certains tourbillons naturels comme les Meddies présentent des structures fines associées à de forts gradients de densité à leur frontière, que l’on reproduit en laboratoire autour de tourbillons entretenus par une injection continue de fluide. Ces structures en couches sont la manifestation de l’instabilité de McIntyre, instabilité qui apparaît lorsque les diffusivités visqueuse et moléculaire sont sensiblement différentes. L’analyse de stabilité linéaire de McIntyre appliquée au modèle Gaussien de tourbillon permet de retrouver les tailles et temps d’apparition associés au couches qui entourent les Meddies<br>The ocean and the atmosphere are density stratified fluid environments in a rotating frame: the Coriolis force, due to the rotation of the planet, influences the flow. Huge lenticular vortices evolve in these environments, sometimes with very long lifetimes as the Meddies of the Atlantic Ocean.Based on Griffiths & Linden (1981) and Hedstrom & Armi (1988) experiments, such vortices are experimentally reproduced by locally injecting or sucking up fluid in a rotating layer of salty water, linearly density stratified. At dominant order, the vortices are in cyclo-geostrophic and hydrostatic balance, from which the law for their vertical aspect ratio is derived, validated by experiments and observations. A more complete model of vortex in equilibrium is proposed from a Gaussian profile for the azimuthal velocity, including internal secondary circulations, and then numerically validated. From this model, an energy balance allows us to describe the vortices decay.Some natural vortices, as the Meddies, have fine-structures associated to high density gradients at their frontier, that we experimentally reproduce around vortices maintained through a continuous injection of fluid. This layered structure is the expression of McIntyre's instability, which appears when viscous and molecular diffusivities are significantly different. The linear stability analysis of McIntyre applied to the Gaussian model of vortex allows us to recover the sizes and duration of appearance of the layers that surround the Meddies when eddy viscosities measured in the ocean are used
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Benielli, Dominique. "Excitation paramétrique et déferlement d'ondes internes en fluide stratifié." Lyon 1, 1995. http://www.theses.fr/1995LYO10053.
Full textAbstract:
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
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Koudella, Christophe. "Ondes internes de gravité en fluide stratifié: instabilités, turbulence et vorticité potentielle." Phd thesis, Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00005960.
Full textAbstract:
Une étude numérique de la dynamique d'ondes internes de gravité en fluide stablement stratifié est menée. On décrit un algorithme pseudo-spectral<br />parallèle permettant d'intégrer les équations de Navier-Stokes sur une machine paralèele. En deux dimensions d'espace, on analyse la dynamique d'un<br />champ d'ondes internes propagatives, d'amplitude modérée et initialement plan et monochromatique. Le champ d'ondes est instable et déferle. Le déferlement produit une turbulence de petites échelles spatiales influencées par la stratification. L'étude<br />est étendue au cas tridimensionnel, plus réaliste. En trois dimensions, on étudie le même champ d'ondes internes, que l'on perturbe par un bruit infinitésimal ondulatoire tridimensionnel, mais on considère des ondes statiquement stables et<br />instables (grandes amplitudes). On montre que le déferlement d'une onde interne est un processus intrinsèquement tridimensionnel, y compris pour les ondes de faible amplitude. La tridimensionalisation du champ d'ondes s'opère dans les zones de l'espace où le champ de densité devient statiquement instable. L'effondrement gravitationnel d'une zone est de structure transverse au plan de propagation de l'onde. Les effets de la turbulence des petites échelles sur la production de la composante non propagatrice de l'écoulement, le mode de vorticité potentielle et la production d'un écoulement moyen, permet de conclure que seule une petite proportion de l'énergie mécanique initiale est convertie sous ses deux formes, la majeure partie étant dissipée par la dissipation visqueuse et conduction thermique. On reconsidère le mode de vorticiée potentielle par une approche Hamiltonienne non-canonique du fluide parfait stratifié. La dérivation d'un système de dynamique modifiée permet d'étudier la relaxation d'un écoulement stratifié, conservant sa vorticité potentielle et sa densité, vers un état stationnaire d'énergie minimale, correspondant au mode de vorticité potentielle.
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Godoy, Diana Ramiro. "Dynamique des tourbillons pancake en milieu stratifié : diffusion et interaction ondes-tourbillons." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2004. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00007046.
Full text
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Galmiche, Martin. "Interaction turbulence-champs moyens et ondes de gravités internes dans un fluide stratifié." Toulouse, INPT, 1999. http://www.theses.fr/1999INPT017H.
Full textAbstract:
En présence d'une stratification stable en densité, situation fréquemment rencontrée dans l'atmosphère et les océans, les forces de flottabilité induites par la gravité se manifestent par la propagation d'ondes internes et affectent fortement la dynamique des écoulements, en particulier la phénoménologie de la turbulence. Cette étude numérique et théorique est consacrée aux propriétés de la turbulence et des ondes internes dans leur interaction avec une stratification et un cisaillement moyen vertical variant avec l'altitude. La simulation numérique directe des équations de Navier-Stokes sous l'approximation de Boussinesq permet de mettre en évidence l'effet radical d'une stratification stable sur les interactions entre la turbulence et les champs moyens de vitesse et de densité, et confirme la tendance de la turbulence stratifiée à former des couches horizontales. Ce phénomène peut être en partie décrit par un modèle analytique linéaire basé sur la théorie de la distorsion rapide. On met également en évidence la génération de courants moyens par l'interaction de deux ondes internes, grâce à un modèle analytique simple appuyé par la simulation numérique directe. Enfin, dans le cdre de l'approximation WBK à l'ordre de l'optique géométrique, une formulation hamiltonienne du problème de la réfraction nous permet d'étudier la distorsion d'un champ d'onde évoluant dans un fluide soumis à une stratification et à un cisaillement non uniformes.
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Cariteau, Benjamin. "Etude de la stabilité et de l'interaction de cyclones intenses en fluide stratifié." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2005. http://www.theses.fr/2005GRE10092.
Full textAbstract:
L'influence de la stratification sur la stabilité et l'interaction des vortex à fait l'objet d'une étude expérimentale. En cuve fixe, une instabilité de courte d. Longueur d'onde se développe au bord du vortex, là où la vitesse angulaire est proche de la ftéquence de stratification. Les résuItats suggérent que son mécanisme fait intervenir une résonance entre le mouvement horizontale et les oscillations gravitaires verticales. Au coeur du vortex, l'instabilité elliptique peut se développer avec des propriétés dépendantes du nombre de Froude basé sur la vitesse maximum et le rayon correspondant. La longueu d'onde augmente fortement pour des valeurs décroissantes et proches de la valeur critique d'inhibition. Pour des valeurs plus grandes, les propriétés de l'instabilité sont très proches de celle obtenues pour un fluide homogène. Ensuite, les différents régimes de stabilité et d'interaction de deux cyclones en fluide stratifié tournant on été étudiés en fonction de la distance de séparation initiale et du rapport d'aspect des vortex. Une instabilité de grande longueur d'onde conduit chaque cyclone à se couper en vortex de plus petit rapport d'aspect. Les résultats sont proches de ceux obtenus numériquement par Dritschel & la Torre Juarez (1996), en particulier, le critére sur le rapport NH/(fR) où N et f sont les ftéquences de stratification et de rotation. Cette instabilité intervient dans le mécanisme de coalescence pour NH/(fR"3 et cause une augmentation de la distance critique de coalescence. Ces résultats sont en accord avec de ressentent études numériques de Dritschel (2002)<br>The stability of a single columnar vortex in a weakly stratified fluid is investigated by means oflaboratory experiments. A short wavelength instability develops at a radius where the angular velocity of fluid particles matches the buoyancy ftequency. This instability is found to be a consequence of a resonant interaction between the horizontal motion and the vertical buoyant oscillations. Ln the core of the vortex, elliptical instability is found to depen, on the Froude number, based on the horizontal velocity, vortex radius and stratification. The wavelength ofthis instability strongly increases for Froude numbers close to the tbreshold oftotal inhibition. For higher values ofthe Froude number the wavelength and growth rate tend rapidly toward the homogeneous limit. Furtber, we have investigated the stabilityand merger oftwo cyclones as a function oftheir initial separation distance and height-to-width aspect-ratio. The long wavelength instability causes each vortex 10 split in10 two vortices with lower aspect-ratio. As a consequence ofthis instability, the critical merging distance increases with the Burger number given by NH/(fR) where N and f are the stratification and rotation ftequencies. These resuIts are in excellent agreement with numerical simulations by Dritschel & la Torre Juarez 1996, and Dritsche12002
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Simon, Guillaume. "Dynamique multi-échelles en fluide stratifié tournant, instabilité de cisaillement et cyclone intense." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2007. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/gsimon.pdf.
Full textAbstract:
Cette étude traite des fluctuations dans un écoulement de base cisaillé, stratifié et tournant selon une condition d’admissibilité sur le mouvement moyen. Cette condition d’admissibilité est connue sous le nom de relation du vent thermique en météorologie et de relation thermo-haline en océanographie. Par rapport aux études classiques d’instabilités baroclines, qui sont souvent quasi-bidimensionnelles, la nouveauté est que l’écoulement est tridimensionnel et la dynamique est régie par les équations de Boussinesq tri-périodiques. Dans un tel écoulement la turbulence, les ondes et les instabilités sont entremêlées. Le problème linéaire sera étudié grâce à la Théorie de Distorsion Rapide (TDR) et l’aspect non-linéaire grâce à des Simulations Numériques Directes (SND) pseudo-spectrales. Les résultats issus de la TDR et des SND, de par leur homogénéité spatiale, sont une base de connaissance directement utilisable pour l’élaboration de modèles de sous-maille. Les structures tourbillonnaires sont étudiées grâce au skewness de vorticité verticale et à des visualisations tridimensionnelles, ce qui permet d’observer une prédominance des cyclones par rapport aux anticyclones dans la configuration induite par l’écoulement porteur<br>This study is about turbulent fluctuation in sheared, stratified and rotating base flows with respect to the admissibility condition on the mean flow. This admissibility condition is known as thermal wind relation for meteorologists and thermohaline circulation for oceanographers. In contrast to the previous study on baroclinic instability, mainly quasi-two-dimensional, the advance is that the flow is three-dimensional and the dynamics is given by the three-periodic Boussinesq equations. In such a flow, turbulence, waves and instability are interleaved. The linear problem will be tracked by Rapid Distortion Theory (RDT) and the non-linear aspect by pseudo-spectral Direct Numerical Simulation (DNS). Results coming from TDR and SND, due to their spatial homogeneity, are a knowledge database that can be directly used for sub-grid scale parameterisation. The vortex structures are investigated by the vertical vorticity skewness and with three-dimensional visualisations. In the simulated flow we find that cyclonic vorties are predominant over anticyclonic structure
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Bordes, Guilhem. "Interactions non-linéaires d'ondes et tourbillons en milieu stratifié ou tournant." Phd thesis, Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00733175.
Full textAbstract:
Les ondes gravito-inertielles jouent un rôle majeur dans les échanges d'énergie globaux sur la planète. Si la génération des ondes est bien connue dans l'atmosphère et l'océan, le devenir de ces ondes au cours de leur propagation n'est pas complètement défini aujourd'hui. Ces ondes peuvent interagir de façon non-linéaire avec elles-mêmes et créer des structures de plus petite échelle qui vont se dissiper plus facilement. Ainsi, le phénomène d'instabilité paramétrique sous-harmonique (PSI), a été étudié de façon expérimentale. Nous avons effectué la première mise en évidence expérimentale de l'interaction de trois ondes planes inertielles bi-dimensionnelles, sous la forme d'une triade résonnante. Cette étude améliore en outre la compréhension de la turbulence en rotation. Les ondes internes peuvent aussi créer, ou interagir avec des écoulements lents de grande échellequi peuvent modifier la biodiversité au fond des océans. Nous avons mis en évidence une situation expérimentale à l'origine d'un tel écoulement moyen induit par les ondes et, à l'aide d'un modèle théorique simplifié, nous avons expliqué la formation de ces écoulements. Enfin, on étudie également des tourbillons en fluide stratifié pour permettre de futures études sur l'interaction d'ondes gravito-inertielles avec des tourbillons.
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Bonnici, Julien. "Décorrélation verticale d'un tourbillon soumis à un champ de cisaillement dans un fluide fortement stratifié." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX024/document.
Full textAbstract:
Cette thèse étudie, théoriquement et numériquement, la décorrélation verticale d’un tourbillon initialement vertical par un écoulement externe cisaillé sinusoïdalement dans un fluide stratifié. Il a été proposé qu’un tel mécanisme devrait déclencher des instabilités de cisaillement et ainsi contribuer à la production de petites échelles en turbulence fortement stratifiée, que l’on rencontre dans l’atmosphère et les océans dans une gamme d’échelles où la force de Coriolis est négligeable.La première partie de la thèse étudie les évolutions des énergies et enstrophie totales du tourbillon calculées au moyen de Simulations Numériques Directes (DNS), en fonction des paramètres de contrôle. Cette analyse montre que la dynamique est différente de celle des écoulements libres en déclin : du fait de la présence du cisaillement ambiant, la condition de saturation entre les termes d’étirement et de dissipation dans le bilan d’enstrophie globale implique que l’enstrophie maximale du tourbillon sature proportionnellement à $Re^{2/3}$, où $Re$ est le nombre de Reynolds, au lieu de $Re$. Néanmoins, cette condition de saturation ne rend pas compte de l’effet observé de la stratification.Afin de l’expliquer, la dynamique locale du tourbillon a été étudiée au travers de deux analyses asymptotiques présentées dans une deuxième partie. Une étude pour temps courts prouve que la réponse initiale du tourbillon est non-hydrostatique quelle que soit la stratification. Une autre analyse pour grande longueur d’onde fournit les équations qui décrivent l’évolution de la vitesse angulaire du tourbillon et des déformations de son axe. L’excitation d’ondes internes au début de l’évolution est à l’origine du régime non-hydrostatique initial. Le tourbillon est principalement advecté dans la direction du cisaillement ambiant mais aussi perpendiculairement du fait de son auto-induction. Sa vitesse angulaire décroît à cause d’effets dynamique et visqueux. La décroissance dynamique est dûe à un resserrement des lignes isopycnes dans le cœur du tourbillon, qui implique une atténuation de la vorticité verticale afin que la vorticité potentielle se conserve.Dans une troisième partie, des DNS révèlent que l’instabilité de cisaillement se développe seulement lorsque la stratification est modérée et la longueur d’onde du cisaillement ambiant suffisamment petite. Les résultats numériques sont comparés aux prédictions asymptotiques. En particulier, les évolutions du cisaillement vertical de vitesse horizontale et du gradient vertical de flottabilité sont prédites de manière fine et exhaustive par l’analyse asymptotique pour grande longueur d’onde lorsque le nombre de Froude est petit. Le nombre de Richardson asymptotique admet un minimum qui n’est pratiquement jamais inférieur au seuil critique $1/4$ nécessaire au déclenchement de l’instabilité de cisaillement. La saturation du cisaillement vertical est dûe au déclin du tourbillon dans les régions où le cisaillement ambiant est maximal. Ces résultats suggèrent que l’instabilité de cisaillement est difficilement déclenchée par des processus de décorrélation dans les écoulements fortement stratifiés, contredisant ainsi les conjectures précédemment formulées dans la littérature<br>This thesis investigates, theoretically and numerically, the vertical decorrelation of an initially vertical vortex by an ambient sinusoidal shear flow in a stratified fluid. It has been conjectured that such process should trigger the shear instability and, as such, contribute to the generation of small scales in strongly stratified turbulence. This type of turbulence is encountered in the atmosphere and the oceans in an intermediate range of scaleswhere Coriolis effects are negligible.The first part analyses the evolutions of the total energy and enstrophy of the vortex in Direct Numerical Simulations (DNS) as functions of the control parameters. This study reveals that the dynamics differs from freely decaying flows: because of the presence of the ambient shear flow, the balance between stretching and dissipation terms in the global enstrophy budget implies that the maximum enstrophy of the vortex scales as $Re^{2/3}$, where $Re$ is the Reynolds number, instead of simply $Re$. However, such simplified balance does not account for the observed effect of the stratification.In order to overcome this difficulty, the local dynamics of the vortex has been investigated by means of two asymptotic analyses, presented in the second part. A short-time analysis first proves that the initial response of the vortex is non-hydrostatic regardless of the stratification. A long-wavelength analysis provides governing equations for the evolution of the angular velocity of the vortex and the deformations of its axis. Internal waves are excited at the start-up of the motion, explaining the initial non-hydrostatic regime. The vortex is mostly advected in the direction of the shear flow but also perpendicularly owing to the self-induced motion. Its angular velocity decays because of dynamic and viscous effects. The former effect is due to the squeezing of the isopycnals in the vortex core which implies a decrease of the vertical vorticity to conserve potential vorticity.In a third part, the DNS show that the shear instability is only triggered if the Froude number is moderate and the wavelength of the shear small enough. The numerical results are compared to the asymptotic predictions. In particular, the evolutions of the vertical shear of horizontal velocity and of the vertical buoyancy gradient for small Froude number are comprehensively and finely captured by the long-wavelength asymptotic predictions. The minimum value of the asymptotic Richardson number almost never goes below the critical threshold $1/4$ necessary for the development of the shear instability. The saturation of the vertical shear is due to the decay of the vortex in the regions of high ambient shear. These results suggest that the shear instability is not easilytriggered by decorrelation processes in strongly stratified flows in contradiction with previous conjectures
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Laroche, Hugues. "Simulations numériques directes des écoulements d'un fluide tournant, ou stratifié en densité de façon stable, autour d'un obstacle." Grenoble 1, 1991. http://www.theses.fr/1991GRE10044.
Full textAbstract:
On considere l'evolution temporelle de perturbations spatialement periodiques, appliquees a un ecoulement zonal cisaille dont le profil de vitesse est en tangente hyperbolique. Un schema aux differences finies utilise a haute resolution permet d'etudier l'evolution de l'ecoulement perturbe a haut nombre de reynolds. On fait varier la rotation differentielle depuis zero jusqu'a des valeurs ou elle inhibe totalement l'instabilite lineaire. On montre que la rotation differentielle supprime le phenomene d'appariement de tourbillons, qui suit l'instabilite dans le cas non-tournant. Ensuite, on etudie les ecoulements tri-dimensionnels d'un fluide stratifie en densite de facon stable, autour d'un obstacle. L'etude est basee sur la simulation numerique directe des equations de boussinesq, realisee en volumes finis au moyen du code trio du cea. Le sillage de l'obstacle est tridimensionnel dans le cas neutre ou peu stratifie (grand nombre de froude). On montre que pour des stratifications assez fortes (nombre de froude de l'ordre de l'unite), les perturbations dues a l'obstacle se propagent sous la forme d'ondes de gravite internes, dont l'amplitude peut etre importante. Dans les cas tres stratifies (nombre de froude tres inferieur a l'unite), le mouvement du fluide se trouve confine dans des plans horizontaux, avec formation eventuelle d'une allee tourbillonnaire. On met ainsi en evidence des regimes distincts suivant le nombre de froude, en bon accord avec les experiences de laboratoire. Les resultats ont principalement ete obtenus par analyse fine du champ de vorticite et par visualisation graphique tri-dimensionnelle de l'energie ondulatoire propagee
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Caton, François. "Écoulement de Taylor-Couette stratifié : régimes, bifurcations et transport." Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015), 1998. http://www.theses.fr/1998GRE10071.
Full textAbstract:
Cette these est consacree a l'etude experimentale et theorique de l'ecoulement de taylor-couette en presence d'une stratification axiale stable. Une analyse de stabilite lineaire predit le caractere oscillatoire du seuil d'instabilite. Les visualisations montrent que le premier regime instable est un regime d'ondes stationnaires axisymetriques. Un modele theorique base sur l'existence d'ondes internes confinees est en bon accord avec les mesures des fluctuations temporelles de densite dans ce regime. Le second regime est un regime de vortex non-axisymetriques dont la taille verticale est diminuee par la stratification, les vortex etant presents par paires a une meme hauteur et tournant a la vitesse moyenne dans l'entrefer. La transition entre le regime des ondes et celui de vortex presente de l'hysteresis. Un diagramme des bifurcations du systeme pour les deux premiers regimes est alors propose. Dans le regime suivant, nous avons note la coexistence de structures stationnaires et de defauts. Enfin nous nous sommes interesses a un regime presentant des cellules ressemblant a des vortex de taylor, mais couples par paires. Ces deux regimes presentent des spectres faiblement turbulents. Enfin, une etude du transport d'un traceur passif dans les differents regimes a ete realisee, mettant en evidence l'existence de regimes de diffusion anormale au temps courts. Au temps longs, une diffusion normale est obtenue, le coefficient de diffusion effectif augmentant de facon quadratique avec le taux de rotation du cylindre interieur.
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Caperan, Philippe. "Turbulence soumise à des forces extérieures : structure et mécanismes quasi 2D en fluide stratifié et anisotropie sous déformation plane." Grenoble INPG, 1989. http://www.theses.fr/1989INPG0152.
Full textAbstract:
La turbulence en fluide stratifie est etudiee durant sa phase finale quasi 2d (nombre de froude=0,004; de reynolds=1000; bases sur les echelles integrales de vitesse). Un modele du transfert d'enstrophie, utilisant un tenseur f relie aux vitesses, est developpe a partir de celui de brachet et col. (j. Fluid mechanics vol. 194). Le champ de vitesse experimental est digitalise et interpole sur une grille reguliere. Il est decompose en ondes internes et turbulence 2d, l'interaction de ces composantes etant mise en evidence. Les spectres d'energie ont un declin en k##4 a tous les instants. L'analyse de f (voir note plus bas) fait apparaitre les zones "coherentes" de l'ecoulement. Une analyse statistique sur le reste du champ revele un alignement moyen de la palinstrophie (rotationel de la vorticite) avec la direction principale d'elongation de f, ce qui correspond a la cascade d'enstrophie. La fusion de tourbillons 2d de meme signe, modele du transfert inverse d'energie apparaissant en turbulence 2d entretenue, est ensuite etudiee experimentalement. On observe une phase de rapprochement lent et pulsatoire des deux structures (avec filamentation des zones de vorticite), terminee par une fusion tres rapide de celles-ci. Ce phenomene intervient quelle que soit la distance initiqle entre tourbillons. Un modele numerique retrouve ces comportements, et il permet de caracteriser l'effet d'un bruit de fond de vorticite, des formes geometriques initiales des tourbillons ainsi que de la vorticite. Enfin, l'etude d'une turbulence sous deformation plane met en evidence l'inhibition de l'anisotropie par les termes inertiels, selon le rapport du temps de retournement au temps de deformation. On propose egalement une methode de mesure de spectres 3d d'energie, testee dans la zone isotrope de l'ecoulement. Note: f est la somme du gradient de vitesse et du taux d'elongation verticale fois l'identite
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Cousin, Laurent. "Simulation de sillages par méthode de projection spectrale multidomaine et technique de pénalisation : application au sillage d'une sphère en fluide stratifié thermiquement." Nice, 2004. http://www.theses.fr/2004NICE4086.
Full textAbstract:
Notre objectif est le calcul d’écoulements de type sillage en fluide stratifié thermiquement. La résolution en espace s’effectue par schéma multi domaine Tchebychev-Tchebychev-Fourier. Nous utilisons une décomposition (splitting) du schéma, avec une étape de transport traitée selon un schéma stable (Runge-Kutta d’ordre 4), une étape de diffusion et une étape de projection pour la pression. Nous avons développé une méthode de projection multi-domaine ne faisant pas appel à des conditions aux limites sur les bords extérieurs. La température est traitée selon un schéma transport-diffusion semblable. Ce schéma permet d’effectuer sans difficultés supplémentaires des calcul pour un fluide à fort nombre de Prandtl (donc fort nombre de Péclet à haut Reynolds). L’obstacle est modélisé par une méthode de pénalisation améliorée, permettant notamment la prise en compte de sa position avec une précision supérieure à celle du maillage. Des tests sur des écoulements 2D communs permettent de valider la méthode. Nous étudions le sillage d’une sphère à un nombre de Reynolds de 300 dans 3 cas de stratification stablement (avec un cas de stratification inactive). Une étude bibliographique fait un point des connaissances actuelles sur des cas semblables. Les calculs, sur calculateur parallèle vectoriel, sont poursuivis sur des horizons de temps relativement importants depuis le temps adimensionné 120 jusqu’à 330. Les résultats (évolutions en temps, fréquences caractéristiques, ainsi que des structures 2D et 3D) sont présentés. On observe notamment la perte de symétrie de l’écoulement dans le cas de faible stratification, au bout d’un temps important.
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Bonneton, Philippe. "Ondes internes et sillages turbulents générés par une sphère dans un fluide stratifié stablement [Thèse en partie soutenue sur un ensemble de travaux]." Toulouse 3, 1992. http://www.theses.fr/1992TOU30163.
Full textAbstract:
L'objectif de cette these etait d'ameliorer notre comprehension de la dynamique des ecoulements au sein d'un fluide stratifie stablement, en etudiant experimentalement le sillage turbulent et le champ d'onde interne generes par une sphere. Quatre regimes dependant principalement du nombre de froude f ont ete identifies. Pour f<1. 5, l'onde stationnaire generee par la sphere, denommee lee wave, interagit fortement avec le sillage et inhibe les instabilites selon la verticale. Le regime 0. 8<f<1. 5 est caracterise par un phenomene de resonance entre la sphere et la lee wave qui atteint alors son amplitude maximale. Pour des nombres de froude plus faibles, la stratification intense contraint une partie du fluide a contourner la sphere avec une dynamique quasi-bidimensionnelle coherente selon la verticale. A l'exterieur de ce sillage bidimensionnel, l'ecoulement est controle par la lee wave. Le sillage lointain, pour f<1. 5, correspond a une allee de von karman reguliere. Lorsque f>1. 5, le sillage tridimensionnel devient instable. La zone de recirculation est soumise a une oscillation verticale. Le sillage lointain est constitue d'une allee irreguliere de tourbillons quasi-bidimensionnels contenus dans des couches horizontales. Pour f>4. 5, le sillage proche n'est plus affecte par la stratification et les mouvements horizontaux du sillage lointain sont decorreles selon la verticale. L'elaboration d'une technique originale de visualisation des ondes internes nous a permis de monter qu'il y avait un accord remarquable entre la lee wave generee par une sphere pour f>1. 5 et la theorie lineaire. Mais la contribution la plus importante de cette these reside dans l'etude des ondes emises par le sillage turbulent. Nous avons mis en evidence que les structures coherentes, liees aux instabilites du sillage, generent des ondes internes instationnaires spatialement aleatoires. Nous avons decouvert que pour f>4. 5 ces ondes dominent le champ d'onde, alors que la lee wave est predominante pour 1. 5<f<4. 5
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Seveleder, Véronique. "Convection naturelle doublement diffusive dans des fluides stratifiés : application au gaz naturel liquéfié, GNL." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1990. http://www.theses.fr/1990ECAP0137.
Full textAbstract:
Cette thèse est une contribution à l'étude des transferts naturels doublement diffusifs. Dans une première partie, les mécanismes de destratification par convection naturelle en cavité dans des fluides présentant des gradients de température et de concentration sont étudiés. A cet effet, un code de calcul est développé permettant de résoudre les équations descriptives des mouvements générés par des transferts simultanés de masse et de chaleur (équations de conservation de la masse, de l'énergie, de la quantité de mouvement et des espèces diffusantes). L'évolution temporelle des différentes variables rend compte de ces mécanismes de destratification. Des simulations numériques sont effectuées afin de comprendre l'influence de la nature du fluide (caractérise par les nombres de Prandtl et de Schmidt), celle de l'allongement de la cuve, des conditions aux limites et des conditions initiales (type de stratification, écart de température et de concentration). A cette étude théorique fait suite une étude expérimentale qui permet de visualiser, au moyen soit d'une tranche laser, soit de colorant, les écoulements dans des cuves rectangulaires; un système d'acquisition des températures et des concentrations fournit des profils verticaux de ces variables dans la cavité. Dans une seconde partie, le code de calcul est applique à des stockages de gaz naturel liquéfié (GNL) de façon à prédire le temps de retour à l'équilibre lorsque la stratification initiale est instable.
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Brouzet, Christophe. "Internal wave attractors : from geometrical focusing to non-linear energy cascade and mixing." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEN012/document.
Full textAbstract:
La cascade d’énergie qui a lieu dans les océans, depuis les grandes vers les petites échelles, est capitale pour comprendre leur dynamique et le mélange irréversible associé. Les attracteurs d’ondes internes font partie des mécanismes conduisant potentiellement à une telle cascade. Dans ce manuscrit, nous étudions expérimentalement les attracteurs d’ondes internes, dans une cuve trapézoïdale remplie d’un fluide stratifié linéairement en densité. Dans cette géométrie, les ondes peuvent être focalisées vers un cycle limite : l’attracteur. Nous montrons que la formation de l’attracteur est purement linéaire : des petites échelles sont donc créées grâce à la focalisation des ondes. Les principales caractéristiques de l’attracteur dépendent uniquement de la géométrie trapézoïdale de la cuve. A l’échelle de l’océan, nous montrons que les attracteurs d’ondes internes sont très probablement instables. En effet, ceux-ci sont sujets à une instabilité de résonance triadique, qui transfère de l’énergie depuis l’attracteur vers un couple d’ondes secondaires. Cette instabilité et ses principales caractéristiques sont décrites en fonction de la géométrie du bassin. Pour des expériences de longue durée, l’instabilité produit plusieurs paires d’ondes secondaires, créant une cascade d’instabilités triadiques et transférant l’énergie injectée à grandes échelles vers des échelles plus petites. Nous montrons, pour la première fois de façon expérimentale, de très fortes signatures de turbulence d’ondes internes. Au delà de cet état, la cascade atteint un régime de mélange partiel du fluide stratifié. Cet ultime régime apparait indépendant de la géométrie trapézoïdale du bassin, et donc, universel. Cette thèse est complétée par une étude sur la masse ajoutée et l’amortissement par émission d’ondes d’objets oscillant horizontalement dans un fluide stratifié en densité. Cela a des applications concernant la conversion de l’énergie des marées en ondes internes<br>A question of paramount importance in the dynamics of oceans is related to the energy cascade from large to small scales and its contribution to mixing. Internal wave attractors may be one of the possible mechanisms responsible for such a cascade. In this manuscript, we study experimentally internal wave attractors in a trapezoidal test tank filled with linearly stratified fluid. In such a geometry, the waves can form closed loops called attractors. We show that the attractor formation is purely linear: small scales are thus created by wave focusing. The attractor characteristics are found to only depend on the trapezoidal geometry of the tank. At the ocean scale, we show that attractors are very likely to be unstable. Indeed, internal wave attractors are prone to a triadic resonance instability, which transfers energy from the attractor to a pair of secondary waves. This instability and its main characteristics are described as a function of the geometry of the basin. For long-term experiments, the instability produces several pairs of secondary waves, creating a cascade of triadic interactions and transferring energy from large-scale monochromatic input to multi-scale internal-wave motion. We reveal, for the first time, experimental convincing signatures of internal wave turbulence. Beyond this cascade, we have a mixing regime, which appears to be independent of the trapezoidal geometry and, thus, universal. This manuscript is completed by a study on added mass and wave damping coefficient of bodies oscillating horizontally in a stratified fluid, with applications to tidal conversion
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Décamp, Sabine. "Etude en laboratoire d'un courant de gravité turbulent sur un talus continental." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011713.
Full textAbstract:
La dynamique des courants de gravité turbulents sur une pente uniforme en rotation est analysée par des expériences. Ces écoulements denses jouent un rôle important en océanographie dans le renouvellement des eaux profondes qui font parties du cycle de convection thermohaline global. La grande cuve tournante Coriolis (LEGI) permet d'étudier à l'échelle du laboratoire un courant de gravité en similitude avec les échelles océaniques.<br /> La propagation de ces courants est fortement influencée par la rotation et le mélange turbulent avec le milieu ambiant, et sa dynamique est instable. Les interactions entre le courant et le milieu ambiant liées aux phénomènes d'entraînement et d'extraction de fluide, contrôlent la position de stabilisation du courant le long des côtes, sa densité et sa vitesse. Des lois d'échelle basées sur la conservation du flux de flottabilité sont proposées, décrivant l'évolution des principales caractéristiques de l'écoulement le long de la pente. <br />Elles montrent le caractère auto-similaire du courant de gravité. L'analyse des résultats expérimentaux permet de vérifier ces lois et d'étudier la structure turbulente de l'écoulement.<br />Des instabilités de plus grande échelle sont observées, générant des tourbillons cycloniques qui sont également visibles dans les écoulements océaniques. Leur étude permet de suggérer le mécanisme de leur formation. Les résultats expérimentaux sont comparés par similitude aux mesures in-situ du courant dense s'écoulant par le détroit du Danemark.
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Bordois, Lucie. "Modélisation numérique de la marée interne : contrôles hydrauliques et topographiques." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30294/document.
Full textAbstract:
La marée interne générée sur une topographie est un élément clé des transferts énergétiques des échelles de forçage de l'océan vers les échelles de mélange turbulent. Elle contribuerait à près de la moitié du mélange turbulent nécessaire au maintien de la stratification océanique. Une compréhension plus approfondie des processus mis en jeu est nécessaire pour décrire plus précisément son rôle dans le maintien de la circulation océanique. Cette thèse s'inscrit dans la continuité des travaux d'Y. Dossmann (2012) portant sur les ondes internes solitaires générées au dessus d'une dorsale océanique. Ces travaux reposent sur une utilisation complémentaire d'expériences physiques menées dans le grand canal du CNRM-GAME et d'expériences numériques à l'échelle du laboratoire effectuées avec le modèle d'océanographie côtière SNH. L'utilisation simultanée de ces deux outils a notamment permis d'évaluer la validité des hypothèses sous-jacentes de ce modèle et le développement de nouveaux schémas numériques. Dans cette thèse, des simulations numériques utilisant la version non-hydrostatique et non-Boussinesq du modèle SNH sont utilisées pour décrire les différents régimes d'ondes internes dans des régions " supercritiques ". Le terme supercritique désigne à la fois des courants de marée intenses dont la vitesse U est supérieure à la vitesse de propagation des ondes internes cn, et des topographies très abruptes dont l'angle de la pente est supérieur à l'angle du rayon d'onde interne dans la pycnocline . De telles conditions environnementales correspondent à des régions de mélange intense, jusqu'à 10 000 fois supérieur au mélange turbulent observé dans l'océan ouvert. Les processus physiques ayant lieu dans ces régions restent encore mal compris et mal représentés par les paramétrisations d'ondes internes existantes. De plus, ces régions sont également des zones propices à la génération d'ondes internes non-linéaires pouvant se propager pendant plusieurs jours et entraînant ainsi des transferts d'énergie significatifs loin de leur zone de génération. La description des processus turbulents en jeu dans ces régions " extrêmes " constitue le cœur de ma thèse. Dans une première partie, des configurations académiques à l'échelle du laboratoire sont mises en place pour étudier les processus en jeu dans différents régimes " supercritiques " de génération d'onde internes. Des simulations numériques directes sont réalisées et permettent d'identifier un nombre limité de paramètres physiques adimensionnés contrôlant la dynamique des ondes internes dans ces régions. Une attention particulière est portée sur le rôle joué par la topographie sur la génération des modes verticaux d'ondes internes et sur la formation de modes " hauts " d'ondes internes solitaires. Le second objectif de cette thèse est de faire le lien entre les précédentes études académiques à l'échelle du laboratoire et l'échelle océanique. Pour cela, un principe de similitude permettant de conserver la dynamique des ondes internes tout en modifiant l'échelle de l'écoulement est mise en place. Par le biais de ce principe de similitude, nous partons de cas idéalisés à l'échelle du laboratoire, que nous transposons à l'échelle océanique, pour nous rapprocher de cas océaniques plus réalistes et de plus en plus complexes. Puis notre étude de régime est étendue à deux régions océaniques " supercritiques " bien connues : le détroit de Gibraltar et le plateau situé à l'entrée du golfe du Maine (nommé " Georges Bank " en anglais). L'applicabilité de nos paramètres clés est étudiée dans le cas de ces deux environnements complexes par le biais de simulations haute résolution de grande échelle (LES)<br>Internal tides are involved in the Meridional Overturning Circulation energy balance. The issue about the relative importance of the mechanical and thermodynamical energy sources induces a need for a quantitative evaluation of the energy transfers and for a clear understanding of the physical processes involved in these energy transfers. In supercritical regions such as the strait of Gibraltar or the Hawaiian Ridge, large topography variations and strong currents lead to more complex generation mechanisms of internal waves and environmental interactions. They can be subject locally to spectacular breaking, with turbulent structures observed hundreds of meters above the seafloor, and driving turbulence orders of magnitude higher than open-ocean levels. These regions are also effective at generating nonlinear internal waves (ISWs) which persist for days after their generation and are suspected to be responsible for important remote energy transfers. In these "extreme" regions, ISWs dynamics is also more difficult to model. These situations are highly non-hydrostatic and non-linear with strong instabilities, strong velocity and density gradients and steep slopes. Moreover, in these regions, actual internal wave's parameterizations are often inadequate. So there is a real need to understand and represent better the ISWs dynamic in these areas. This thesis follows the line of research of Dossmann (2012), on topographically induced internal solitary waves which used a complementary approach relying on numerical and experimental configurations at laboratory scale. In this context, we continue to explore internal tide regimes but in "supercritical" regions: internal tide generation area with supercritical topography and hydraulic control. Simulations are performed using the nonhydrostatic and non-Boussinesq version of the regional oceanic circulation model SNH. In a first part, taking an idealized modeling approach at laboratory scale, we examined a range of different internal waves regimes in "supercritical" regions. Relying on quasi-direct numerical simulations (quasi-DNS), a regime analysis has been proposed using and identifying key non-dimensional parameters for ISWs dynamics. This analysis has permitted to recover a topographic control on vertical mode generation characterized by the ratio of vertical mode wavelength to topography width, even above supercritical topography. The topographic selection criterion has proven to be a useful indicator of high mode solitary wave formation in non-linear regime. The purpose of the second part is to extend the previous studies at laboratory scales towards more realistic oceanic conditions. In this regard, the regime analysis is applied to a idealized large scale oceanic strait through a similitude principle. The idealized strait configuration succeeds in representing laboratory scale strait regime at largest and realistic scales. Then our analysis is applied to two well-known realistic cases: the Strait of Gibraltar and Georges Bank through large eddy simulations. These two oceanographic "supercritical" regions are particularly interesting for their specific topography and stratification conditions
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Horne, Iribarne Ernesto. "Transport properties of internal gravity waves." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSL1027/document.
Full textAbstract:
Les ondes internes sont produites par suite de l’équilibre dynamique entre les forces de flottabilité et la gravité quand une particule de fluide est déplacée verticalement dans un milieu stratifié stable. Les systèmes géophysiques tels que océan et l’atmosphère sont naturellement stratifiés et donc favorables à la propagation des ondes internes. En outre, ces deux environnements stockent une grande quantité de particules tant dans leur intérieur que sur les bords. Par conséquent, les ondes internes et les particules vont inévitablement interagir dans ces systèmes. Au cours de ce travail, des expériences exploratoires sont réalisées pour étudier le transport par érosion des particules, généré par les ondes internes. Afin de déterminer un seuil de transport, les propriétés particulières des réflexions d’ondes internes («réflexion critique ») sont utilisées pour augmenter l’intensité du champ d’ondes à la surface de réflexion. Une méthode a été développée en collaboration avec une équipe de traitement du signal pour améliorer la détermination des composantes de l’onde impliquées dans une réflexion quasi critique. Cela nous a permis de comparer nos résultats expérimentaux avec une théorie de la réflexion critique, montrant un bon accord et permettant d’extrapoler ces résultats à des expériences au-delà de la nôtre et à des conditions océaniques. Nous avons aussi étudié l’interaction des ondes internes avec une colonne de particules en sédimentation. Deux effets principaux ont été observés : la colonne oscille autour d’une position d’équilibre, et elle est déplacée dans son ensemble. La direction du déplacement de la colonne est expliquée par le calcul de l’effet de la dérive Lagrangienne produite pour des ondes. Cet effet pourrait également expliquer la dépendance en fréquence du déplacement<br>Internal waves are produced as a consequence of the dynamic balance between buoyancy and gravity forces when a particle of fluid is vertically displaced in a stably stratified environment. Geophysical systems such as ocean and atmosphere are naturally stratified and therefore suitable for internal waves propagation. Furthermore, these two environments stock a vast amount of particles at their boundaries and in their bulk. Therefore, internal waves and particles will inexorably interact in these systems. In this work, exploratory experiments are performed to study wave generated erosive transport of particles. In order to determine a transport threshold, the peculiar properties of internal waves (“critical reflection”) are employed to increase the intensity of the wave field at the boundaries. A method was developed in collaboration with a signal processing team to improve the determination of the wave components involved in near-critical reflection. This method enabled us to compare our experimental results with a theory of critical reflection, showing good agreement and allowing to extrapolate these results to experiments beyond ours and to oceanic conditions. In addition, we study the interaction of internal waves with a column of particles in sedimentation. Two main effects are observed: the column oscillates around an equilibrium position, and it is displaced as a whole. The direction of the displacement of the column is explained by computing the effect of the Lagrangian drift of the waves. This effect could also explain the frequency dependence of the displacement
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Davis, Géraldine. "Attracteurs d’ondes internes de gravité : des résonances en cascade : une approche expérimentale des régimes linéaire et non linéaire." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1147/document.
Full textAbstract:
Les ondes internes jouent un rôle essentiel dans la dynamique de l'atmosphère et de l'océan. Elles sont entres autres invoquées pour expliquer le mélange irréversible de ce dernier. Dans des géométries particulières, ces ondes sont susceptibles de converger vers des trajectoires limites appelées attracteurs. Dans cette thèse, nous étudions expérimentalement ces attracteurs dans une cuve trapézoïdale. Dans un premier temps, nous nous intéressons à leur bilan énergétique, en mesurant les différentes dissipations ainsi que la puissance injectée par le générateur d'onde. Si cette puissance est suffisante, l'attracteur est susceptible de se déstabiliser par interactions triadiques. Nous quantifions la part de dissipation portée par ces ondes secondaires ainsi générées. La mesure de la puissance injectée en régime linéaire a montré qu'elle est plus importante pour les attracteurs. Cette résonance, observée jusqu'ici sous une excitation monochromatique, est ici observée en étudiant la réponse du système à une impulsion. Un développement théorique est proposé et permet de comparer quantitativement les deux méthodes. Enfin, nous étudions le régime non linéaire des attracteurs, qui présente des spectres temporel et spatial très riches. Après avoir caractérisé le régime non linéaire, nous exhibons deux comportements non linéaires très différents et apportons des pistes d'explication à leur existence<br>Internal waves are very important to atmospheric and oceanic dynamics. Among others, they might explain the irreversible mixing of the oceans. In particular geometries, these waves can focus on limit cycles called attractors. Firstly, we investigate the energy budget of these attractor by measuring the different dissipative terms and the injected power coming from the waves source. If this power is sufficient, the attractor destibilise throught triadic instabilities. We quantify how much these secondary are important to the global dissipation rate.The measurement of injected power in the linear regime has shown that it is bigger for the attractors. This resonance, which had been observed under a monochromatic excitation, is here study by analysing the response of the system to an impulse. A theoretical development is proposed to compare quantitatively these two methods. Finally, we study the non linear regime of attractors, which present some complex spatial and temporal spectrum. We caracterise this non linear regime and show that two very different non linear beahviors exist. We bring up some explanation to these behaviors
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Bosco, Mickael. "Etude du sillage stratifié d'un cylindre." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4737/document.
Full textAbstract:
Une étude expérimentale a été menée sur le sillage d’un cylindre circulaire stratifié dans le but de décrire l’effet de l’inclinaison et de la stratification sur les instabilités tridimensionnelles d’un sillage. Principalement 4 modes instables ont été trouvés.Ces résultats mettent ainsi en évidence le fait que la stratification et l’angle d’in- clinaison modifient fortement la transition d’un écoulement 2D à 3D du sillage d’un cylindre avec la présence de nouveaux modes instables<br>An experimental study has been delineated of a stratified wake of a circular cy- linder in order to describe the effect of the tilt and of the stratification on the 3D instabilities of the wake. Principally, four unstable modes have been figured out.These results highlight the fact that the stratification strongly modifies the transition from a 2D to a 3D flow in a cylinder wake, with the presence of new unstable modes. The tilt of the cylinder with respect to the vertical plays a major role, such that a study limited to a vertical or a horizontal cylinder misses a lot of the rich dynamics of the tilted wake
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Guyez, Estelle. "Mélange d'interfaces de densité en écoulements de Taylor - Couette." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00081798.
Full textAbstract:
Cette thèse est une étude expérimentale sur mélange par des écoulements anisotropes turbulents en fluide stratifié. Il s'inscrit dans un projet sur l'étude globale de la structure de l'océan, principalement de sa couche supérieure. Le mélange est étudié en détail, à partir d'expériences réalisées en bicouche de densité dans un dispositif Taylor - Couette. En régime laminaire, le transport dans les zones initialement homogènes est moins intense que le flux de matière arrachée au niveau de l'interface. De multiples interfaces de densité apparaissent et leur action combinée contrôle les flux verticaux de densité. En régime turbulent, on trouve une relation entre flux et gradient de densité qui prédit un flux maximum pour des nombres de Richardson RIO d'environ 10. Un regain d'efficacité est observé pour les très grandes valeurs de RIO. Ces résultats vont dans le sens de la théorie de Balmforth (1998). Pour ces fortes valeurs de RIO, l'observation de l'écoulement par L.I.F., indique une activité intense des ondes et la présence de structures turbulentes de très petites échelles.
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Chilakamarri, Kiran Babu. "Rotating and stratified fluids /." The Ohio State University, 1988. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1487584612163036.
Full text
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Othéguy, Pantxika. "Dynamique de l'appariement tourbillonnaire en milieu stratifie et stratifie tournant." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011962.
Full textAbstract:
Une des caractéristiques les plus remarquables des fluides géophysiques est la présence de stratification, c'est-à dire d'un gradient vertical de densité, qui induit une structure en couches horizontales. Lindborg (1999) et Billant & Chomaz (2001) ont proposé que la dynamique au sein de ces couches est tridimensionnelle et non bidimensionnelle comme cela était supposé auparavant. Les derniers ont aussi proposé un mécanisme de sélection de l' épaisseur de ces couches : l'instabilité zigzag qu'ils ont observée dans le cas particulier d'une paire de tourbillons contra-rotatifs. Cependant, les paires de tourbillons contra-rotatifs sont rarement observées dans l'océan et l'atmosphère contrairement aux couples de tourbillons co-rotatifs. De plus, l'appariement de tourbillons co-rotatifs est le processus dominant en turbulence bidimensionnelle responsable du transfert d'énergie des petites vers les grandes échelles. Au cours de ma thèse, je me suis donc intéressée à la dynamique de tourbillons co-rotatifs verticaux dans un fluide stratifié. Une instabilité associée au même effet physique que l'instabilité zigzag a été découverte. Elle décorrèle verticalement l'appariement de ces tourbillons, suggérant que l' instabilité zigzag est générique et affecte tout écoulement stratifié constitué de plus d'un tourbillon. L'analyse numérique de stabilité linéaire a montré que cette instabilité consiste en un mode déplacement et sélectionne une échelle verticale proportionnelle à l' échelle de flottabilité définie comme Fb, où F est le nombre de Froude horizontal et b la distance entre les deux tourbillons. Son taux de croissance est proportionnel au champ d'étirement créé par un tourbillon sur son compagnon. L'origine physique de cette instabilité a été identifiée grâce à une étude asymptotique : elle provient du couplage entre le mode de déplacement d'un tourbillon et le champ d'étirement généré par l'autre tourbillon. Observations expérimentales et Simulations Numériques Directes montrent que les non-linéarités n'inhibent pas le développement de l'instabilité zigzag qui entraîne bien une décorrelation verticale de l'écoulement selon une échelle proportionnelle à l'échelle de flottabilité. Enfin, l'effet de la rotation de la Terre a été étudié et nous avons montré que l'instabilité Zigzag reste active en présence de la force de Coriolis. Son taux de croissance est indépendant du taux de rotation. En régime fortement tournant, on retrouve l'approximation quasi-géostrophique : l'instabilité zigzag est similaire à l'instabilité ''tall-column'' découverte par Dritschel & de la Torre Juàrez (1996) et la longueur d'onde la plus instable est proportionnelle à Fb/Ro, où Ro est le nombre de Rossby. Cette instabilité affecte donc les écoulements géophysiques sur une large gamme d' échelles aussi bien dans l'océan que dans l'atmosphère.
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GODOY, DIANA Ramiro. "Dynamique des tourbillons pancake en milieu stratifie : diffusion et interaction ondes-tourbillons." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007046.
Full textAbstract:
Les fluides stratifiés présentent deux types principaux de mouvement : les ondes de gravité internes et des mouvements tourbillonnaires quasi-bidimensionnels (ou modes de vorticité potentielle). Les ondes évoluent sur une échelle de temps rapide T_N = 1 / N, où N est la fréquence de Brunt-Väisälä, une fréquence naturelle déterminée par la force de la stratification, tandis que les mouvements tourbillonnaires sont régis par une échelle lente T_A = L / U, où U et L sont des échelles horizontales de vitesse et longueur caractéristiques des structures tourbillonnaires. La différence entre ces deux modes peut être illustrée par la décroissance d'une zone turbulente en présence d'une stratification de fond stable : pendant l'effondrement de la turbulence initiale, l'énergie est soit rayonnée sous la forme d'ondes internes qui se propagent loin de la région turbulente initiale, soit transmise aux mouvements d'advection quasi-horizontaux qui s'organisent comme patches de vorticité potentielle. Cette thèse aborde d'un point de vue expérimental et théorique le problème de l'interaction des ondes de gravité internes et tourbillons pancake dans un fluide fortement stratifié ainsi que l'étude des mécanismes diffusifs des tourbillons pancake.
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Otheguy, Mendionde Pantxika. "Dynamique de l'appariement tourbillonnaire en milieu stratifie et stratifie tournant." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/06/19/56/PDF/Pantxika_Otheguy.pdf.
Full textAbstract:
Une des caractéristiques les plus remarquables des fluides géophysiques est la présence de stratification, c'est-à dire d'un gradient vertical de densité, qui induit une structure en couches horizontales. Lindborg (1999) et Billant & Chomaz (2001) ont proposé que la dynamique au sein de ces couches est tridimensionnelle et non bidimensionnelle comme cela était supposé auparavant. Les derniers ont aussi proposé un mécanisme de sélection de l' épaisseur de ces couches : l'instabilité zigzag qu'ils ont observée dans le cas particulier d'une paire de tourbillons contra-rotatifs. Cependant, les paires de tourbillons contra-rotatifs sont rarement observées dans l'océan et l'atmosphère contrairement aux couples de tourbillons co-rotatifs. De plus, l'appariement de tourbillons co-rotatifs est le processus dominant en turbulence bidimensionnelle responsable du transfert d'énergie des petites vers les grandes échelles. Au cours de ma thèse, je me suis donc intéressée à la dynamique de tourbillons co-rotatifs verticaux dans un fluide stratifié. Une instabilité associée au même effet physique que l'instabilité zigzag a été découverte. Elle décorrèle verticalement l'appariement de ces tourbillons, suggérant que l' instabilité zigzag est générique et affecte tout écoulement stratifié constitué de plus d'un tourbillon. L'analyse numérique de stabilité linéaire a montré que cette instabilité consiste en un mode déplacement et sélectionne une échelle verticale proportionnelle à l' échelle de flottabilité définie comme Fb, où F est le nombre de Froude horizontal et b la distance entre les deux tourbillons. Son taux de croissance est proportionnel au champ d'étirement créé par un tourbillon sur son compagnon. L'origine physique de cette instabilité a été identifiée grâce à une étude asymptotique : elle provient du couplage entre le mode de déplacement d'un tourbillon et le champ d'étirement généré par l'autre tourbillon. Observations expérimentales et Simulations Numériques Directes montrent que les non-linéarités n'inhibent pas le développement de l'instabilité zigzag qui entraîne bien une décorrelation verticale de l'écoulement selon une échelle proportionnelle à l'échelle de flottabilité. Enfin, l'effet de la rotation de la Terre a été étudié et nous avons montré que l'instabilité Zigzag reste active en présence de la force de Coriolis. Son taux de croissance est indépendant du taux de rotation. En régime fortement tournant, on retrouve l'approximation quasi-géostrophique : l'instabilité zigzag est similaire à l'instabilité ``tall-column'' découverte par Dritschel & de la Torre Juàrez (1996) et la longueur d'onde la plus instable est proportionnelle à Fb/Ro, où Ro est le nombre de Rossby. Cette instabilité affecte donc les écoulements géophysiques sur une large gamme d' échelles aussi bien dans l'océan que dans l'atmosphère<br>One of the main characteristics of geophysical flows is the presence of stable stratification, i. E the presence of a vertical density gradient. Such flows are generally organized into thin horizontal layers. This PhD thesis investigates numerically, theoretically and experimentally the dynamics of a pair of co-rotating vertical vortices in a stratified fluid in order to understand the mechanism of formation of such layered structure. Such flow is of high interest because co-rotating vortex pairs play an important role in two-dimensional turbulence through the merging process which leads to the energy transfer from small to large scales. A three-dimensional instability has been discovered. It is similar to the zigzag instability observed on a pair of counter-rotating vortices in a stratified fluid and it decorrelates the vortex merging along the vertical. A numerical three-dimensional stability analysis has shown that the zigzag instability dominates for strong stratification whereas the elliptic instability dominates for weak stratification. The zigzag instability bends symmetrically the two vortices without significant internal deformation. It selects a wavelength proportional to Fh b, where Fh is the horizontal Froude number and b the separation distance between the vortices. Its growth rate is proportional to the strain rate. An asymptotic analysis has recovered these scaling laws and has shown that the zigzag instability comes from the coupling between vortex bending modes and the strain field that each vortex generates on the other. Experimental observations and Direct Numerical simulations have also shown that the vertical lengthscale selected by the instability agrees with the predictions. Of the stability analyses. The non-linear effects do not slow down the instability development but tends to recorrelate the fluid within each layers and to expel vertical gradients in between these layers. In the final part, the effect of planetary rotation has been investigated. It is shown that the zigzag instability remains active with a growth rate independent of the Coriolis parameter. In the rapidly rotating regime (quasi-geostrophic), the zigzag instability is similar to the "tall-column" instability with the most unstable wavelength proportional to Fh b / Ro, where Ro is the Rossby number. This instability may therefore affect geophysical flows for a large range of parameters both in the oceans and the atmosphere
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Maurer, Paco. "Approche expérimentale de la dynamique non-linéaire d'ondes internes en rotation." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEN014/document.
Full textAbstract:
Au travers de leurs instabilités, les ondes internes de gravité, qui se propagent dans les fluides stratifiés, jouent un rôle crucial dans la dynamique océanique. En effet, ces instabilités transfèrent de l'énergie vers les petites échelles et créent ainsi du mélange. Parmi ces mécanismes, nous avons étudié l'instabilité triadique résonante (TRI). Ce processus se caractérise par l'émission à partir d'une onde-mère de deux ondes-filles, dont les fréquences et vecteurs d'onde vérifient avec l'onde-mère des conditions de résonance temporelle et spatiale. Dans le cas où une rotation globale du fluide (cas général en géophysique) s'ajoute à la rotation, celle-ci va changer les propriétés non seulement des ondes internes, on les appellera alors ondes gravito-inertielles, mais aussi de la TRI. L’étude expérimentale sur table tournante de l'instabilité d'un faisceau de forme contrôlée d'onde gravito-inertielle a mis en évidence l’importance de la rotation sur les caractéristiques de la TRI, comme le seuil d'instabilité ou les caractéristiques des ondes secondaires. En outre, ces résultats sont en très bon accord avec un développement asymptotique de cette instabilité qui prend en compte la taille finie du faisceau, paramètre déterminant au laboratoire et dans un contexte océanique. Cet effet est responsable notamment de l'existence d'une latitude critique dans l'océan.Dans un second temps, la réalisation d'un nouveau type de générateur d'onde axisymétrique a permis d'étudier la propagation d'ondes axisymétriques à trois dimensions. Les modes axisymétriques générés par ce nouveau dispositif ont été caractérisés et comparés aux solutions analytiques. Ce dispositif permet également de créer une excitation annulaire localisée qui focalise les ondes internes au centre de la cuve. En changeant la vitesse de groupe de ces ondes, au travers d'une stratification non-linéaire, nous pouvons créer une forte accumulation d'énergie au point de focalisation. En fonction de l'amplitude de l'excitation, on observe la transition entre un état stable vers un état fortement instable<br>Through their instabilities, internal gravity waves, which propagate in stratified fluids, play a paramount role in the oceanic dynamics. Indeed, their instabilities transfer energy to small scales and lead to mixing. Among these instabilities, we studied the triadic resonant instability (TRI). This process is characterized by the generation from a primary wave of two secondary internal waves, whose frequencies and wave vectors fulfill the spatial and time resonance conditions. If the fluid is also rotating (which is in generally the case in geophysics), rotation changes not only the properties of internal waves, which, in this case, are named inertia-gravity waves, but also the properties of the TRI. The experimental study on a rotating plateform of the instability of a controlled internal wave beam highlighted the role played by rotation on TRI features, such as the instability threshold or the characteristics of the secondary waves. Moreover, these results are in excellent agreement with an asymptotic development of the instability that takes into account the finite width of the wave beam, key parameter in a laboratory and oceanic context. this effect is responsible for the existence of a critical latitude in the ocean.In a second part of this work, we built a new wave generator, which allowed for the study of tridimensional axisymmetric waves. The axisymmetric modes generated by this new set-up were characterized and compared to analytical solutions. The generator can also produce a localized axisymmetric bump which focalises the wave in the center of the tank. By changing the group velocity of the waves, through a non-linear stratification, we are able to create a large energy build-up at the point of focalisation. Depending on the amplitude of the wave, we observe the transition from a stable state to a strongly unstable one
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Husseini, Pauline. "Interactions non-linéaires d’ondes internes de gravité et mélange en milieu stratifié." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1285.
Full textAbstract:
Pour pouvoir expliquer le mélange océanique, il est essentiel de comprendre les phénomènes aux petites échelles et en particulier les transferts d’énergie vers celles-ci. Les ondes internes sont étudiées dans ce contexte : en déferlant, en se déstabilisant et en générant des sous-harmoniques par instabilité résonante triadique (TRI), elles contribuent à ce transfert. Nous avons porté notre étude expérimentale sur la propagation d’ondes sur des temps de forçage longs. Les précédentes expériences réalisées dans ces conditions au sein de l’équipe présentaient, après plusieurs heures, un profil avec de nettes couches de mélange. L’explication physique proposée jusqu’alors, purement turbulente, était incorrecte. Notre dispositif expérimental nous place en réalité dans une situation singulière où la stratification est modifiée conjointement par propagation d’ondes et par double-diffusion : des couches de mélange peuvent ainsi se former et le fluide se comporte alors comme un guide d’ondes. De plus, la stratification fortement modifiée par les ondes a un effet en retour sur leur propagation : les ondes filles issues de la TRI disparaissent petit à petit du fluide, ce qui limite le transfert aux plus petites échelles et donc le mélange. Deux ondes internes peuvent également interagir entre elles pour générer, cette fois, une onde super-harmonique dont la structure est conditionnée par la structure des ondes qui lui ont donné naissance. Nos travaux ont abouti à la première mise en évidence expérimentale de la génération d’une telle onde super-harmonique. Les résultats sont en excellent accord avec la théorie développée par Thorpe (1966). En particulier, l’onde super-harmonique a la forme prédite, naît dans un intervalle mince autour de la résonance et les taux de croissance spatiaux sont très proches de ceux attendus<br>To be able to explain the oceanic mixing, the understanding of phenomena at small scales is crucial, and especially the energy transfers to those scales. Internal waves are studied in this context: by breaking, destabilizing and generating subharmonic triadic resonant instability (TRI), they contribute to this transfer. Our experimental study is focusing on wave propagation during long times. Previous experiments conducted under these conditions within the team had led, after several hours, to a profile showing clear mixing layers. The physical explanation given until then, purely turbulent, was incorrect. Our experimental setup actually places us in a singular situation where the stratification is modified jointly by wave propagation and by double diffusion: mixing layers can thus be present and the fluid behaves like a waveguide. In addition, stratification strongly modified by the waves has a feedback effect on their propagation: the daughter waves resulting from the TRI gradually disappear from the fluid, which limits the transfer to the smallest scales and therefore the mixing. Two internal waves can also interact with each other to generate, this time, a super-harmonic wave whose structure is determined by the structure of the waves that gave birth to it. Our work led to the first experimental demonstration of the generation of such a super-harmonic wave. The results are in excellent agreement with the theory developed by Thorpe (1966). In particular, the super-harmonic wave has the predicted pattern, is observed over a finite range of frequency around the resonant value and the spatial growth rates are very close to those expected theoretically
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Facchini, Giulio. "Some aspects of the dynamics of rotating, stratified and shear flows : astrophysical and geophysical applications." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0623.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse cherche à caractériser, à l'aide d’expériences de laboratoire, le mouvement d'un fluide stratifié à la fois tournant et cisaillé. Dans ce contexte on a considéré trois problèmes qui sont issus des observations géophysiques et astrophysiques où ces écoulements sont très communs. En premier nous avons observé expérimentalement et modélisé l'évolution en temps d'un anticyclone en milieu stratifié tournant, dans le but de comprendre la longévité des meddies, des vortex qui se forment à la sortie de la Méditerranée et peuvent perdurer pendant des années. Nos anticyclones modèles montrent une relaxation visqueuse anormale en raison de l’interaction entre stratification et cisaillement. Nos résultats expérimentaux ont été confirmés à l'aide d'un modèle géostrophique et de simulations numériques qui montrent aussi le rôle majeur joué par les circulations secondaires. Dans un deuxième temps nous avons considéré la stabilité linéaire de l'écoulement de Couette Plan, un des plus simple des écoulement plans cisaillés. On montre que cet écoulement devient instable lorsque l'on ajoute de la stratification verticale. Nous remarquons aussi que la structure spatiale de l'instabilité ressemble à celle de certains jets océaniques que l'on observe près de l'équateur. Enfin nous avons caractérisé une instabilité non linéaire dite des zombie vortex qui a été récemment découverte et pourrait jouer un rôle fondamental dans la déstabilisation des disques d'accrétion, une étape fondamentale de la formation des planétaire. Nous avons construit le diagramme de stabilité de la ZVI dans l'espace de trois fréquences caractéristiques et quantifié la dissipation visqueuse<br>The present PhD work comes with the scope of characterizing, analysing and modelling some laboratory flows in the simultaneous presence of rotation, stratification and shear. To this aim we address three specific questions inspired by geophysics and astrophysics where these three ambient features are commonly relevant. First we characterize and model the time evolution of a compact anticyclone in a rotating and stratified laboratory flow. We aim to understand the longevity of analogous vortices known as meddies which populate the Atlantic ocean at the exit of the Mediterranean sea. We observe that viscous relaxation happens in an unusual way because of the balance between rotation and stratification. The results are confirmed by a quasi-geostrophic model and numerical simulations which show the crucial role played by secondary circulations. Secondly we consider the linear stability of one of the simplest parallel shear flow, namely the plane Couette Flow, and show that it becomes unstable when adding a vertical stratification. Interestingly the unstable pattern reminds of deep oceanic jets observed close to the equator. The signature of this instability is observed in an ad-hoc experimental flow and interpreted with the support of direct numerical simulations. Finally we characterize the behaviour of a recently disclosed finite amplitude instability, namely the zombie vortex instability or ZVI. This instability appears when rotation, stratification and shear are of the same order and may may destabilize proto-planetary disks. We construct a stability diagram for ZVI in the space of the three ambient frequencies and analyse the effect of viscous dissipation
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Huq, Ikramul Pablo. "Turbulence and mixing in stratified fluids." Thesis, University of Cambridge, 1989. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.306426.
Full text
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Guimbard, David. "L'instabilité elliptique en milieu stratifié tournant." Phd thesis, Université du Sud Toulon Var, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00436895.
Full textAbstract:
Une étude théorique et expérimentale de la stabilité de tourbillons elliptiques est menée à terme dans la présente étude. On analyse dans un premier temps la stabilité de tourbillons lagrangiens instationnaires non uniformes avec un formalisme courte longueur d'onde de type WKB. Il apparait alors que le mécanisme de déstabilisation de ces tourbillons est le même que celui déstabilisant un tourbillon elliptique uniforme. Ce résultat montre ainsi que l'instabilité elliptique est un mécanisme universel de déstabilisation 3D de tourbillons 2D. Dans un deuxième temps est étudié théoriquement et expérimentalement la stabilité de tourbillons elliptiques confinés dans un fluide stratifié en rotation. Le dispositif expérimental permettant cette étude est constitué d'un cylindre en rotation (rempli d'un fluide stratifié en densité suivant la verticale), déformé elliptiquement par deux rouleaux fixes, le tout étant solidaire d'une table elle aussi en rotation. En faisant varier les différents paramètres de notre expérience (la fréquence de Brünt-Väisälä Nb et la vorticité absolue Ta, les deux grandeurs étant adimensionnées par le taux relatif de rotation des particules fluides), nous avons observé que la stratification et la rotation ont une contribution antagoniste sur la stabilité d'un tourbillon elliptique. Ainsi si la stratification est suffisamment forte (Nb > 1), nous observons que seuls les anticyclones (tels que |Ta| < 1) sont instables. Les cyclones étant toujours stables. Par ailleurs si la stratification est faible (Nb < 1), les zones d'instabilité s'inversent. Finalement les longueurs d'ondes ainsi que les taux de croissance des modes, mesurés par analyse d'images, sont en bon accord avec les prévisions théoriques.
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Scase, Matthew Murray. "Vortex rings in a stratified fluid." Thesis, University of Cambridge, 2004. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.615911.
Full text
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Shmakova, Natalia. "Ondes internes divergentes et convergentes : étude expérimentale de la marée interne." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAU040/document.
Full textAbstract:
Les océans de la Terre sont stratifiés en densité par les gradients de température et de salinité.L'interaction des courants de marée avec la topographie du fond océanique entraîne donc le rayonnement des ondes de gravité interne dans l'intérieur de l'océan. Ces ondes sont appelées marées internes et leur dissipation due à le déferlement des ondes nonlinéaires joue un rôle important dans le mélange de l'océan abyssal, et donc dans la circulation océanique à la grande échelle.Dans ce contexte, nous étudions la génération des ondes internes par l’oscillation d’objet de différentes géométries simplifiées afin de modéliser le marée barotropique sur la topographie océanique et considérons les effets linéaires et nonlinéaires sur ces ondes résultant d’interactions avec l'objet et entre ces ondes.La contribution relativement nouvelle de cette thèse est l'étude des aspects de flux tridimensionnels qui étaient accessibles avec notre approche expérimentale, et sont généralement difficiles à étudier par modélisation numérique et analytique.Nous étudions d'abord la structure des ondes fundamentale et des harmoniques supérieur pour un sphéroïde oscillant, émettant des ondes divergentes. Les harmoniques supérieures sont générées par l'instabilité non linéaire à la surface de l'objet avec des effets nonlinéaires dans la zone d'intersection des faisceaux fundamentales. Ils peuvent se croiser et se concentrer, donc augmenter d'énergie, et devenir dominant sur les ondes fundamentales. On détermine les structures horizontales des ondes fundamentale et des harmoniques supérieures.Subséquemment, nous considérons les ondes générées par un tore oscillant, qui convergent vers un point focal. En dehors de cette région focale, les résultats expérimentaux et les prédictions théoriques sont en bon accord, mais dans la région focale, l'amplitude de l'onde est deux fois plus grande que près du tore, conduisant à une amplification locale nonlinéaire et à un déferlement des onde pour les grandes amplitudes d'oscillations. En conséquence, la propagation des ondes fundamentales se trouve entravée dans la région focale. L'onde stationnaire se forme alors que de nouvelles ondes sont générées et émises de cette région focale.Un tore plus grand a été testé sur la plate-forme Coriolis pour comparer la focalisation des ondes de gravité internes, inertie-gravité et des ondes inertielles dans un régime faiblement visqueux. En raison de la complexité de la zone focale, une seconde harmonique est observée même quand l'amplitude d'oscillation est faible. Le champ de vorticité verticale des ondes de gravité interne présente une structure dipolaire dans la zone focale, qui se transforme dans le cas tournant en une structure de vortex "Yin-Yang". La structure globale des faisceaux des ondes inertiels est proche de celle pour des ondes de gravité internes, bien q'elle est relativement plus intense<br>The Earth's oceans are stratified in density by temperature and salinity gradients.The interaction of tidal currents with ocean bottom topography results therefore in the radiation of internal gravity waves into the ocean interior. These waves are called internal tides and their dissipation owing to nonlinear wave breaking plays an important role in the mixing of the abyssal ocean, and hence in the large-scale ocean circulation.In this context we investigate the generation of internal waves by oscillating objects of different idealized geometries as a model of barotropic flow over ocean topography, and consider linear as well as nonlinear effects on these waves resulting from interactions with the object and from wave--wave interactions.The relatively novel contribution of this thesis is the investigation of three-dimensional flow aspects that were accessible with our experimental approach, and are generally difficult to investigate by numerical and analytical modelling.First we investigate the wave structure of the first and higher harmonics for an oscillating spheroid, emitting diverging waves. Higher harmonics are generated by nonlinear instability at the surface of the object together with nonlinear effects in the zone of intersection of the primary beams. They may intersect and focus, therefore increase in energy, and become dominant over the first harmonic. The horizontal structures of both, first and higher harmonics are determined.We then consider waves generated by an oscillating torus, that are converging to a focal point. Outside this focal region experimental results and theoretical predictions are in good agreement, but in the focal region the wave amplitude is twice as large as it is close to the torus, leading to local nonlinear wave amplification and incipient wave breaking for large oscillation amplitudes. As a result, the propagation of the first harmonic waves is found to be hindered in the focal region. A standing pattern forms, while new waves are generated and emitted away from this focal region.A larger torus has been tested at the Coriolis platform to compare the focusing of internal gravity, inertia--gravity and inertial waves in a low viscous regime. Owing to the complexity of the focal region, a second harmonic is observed even at low oscillation amplitude. The vertical vorticity field of internal gravity waves exhibits a dipolar structure in the focal zone, which transforms in the rotating case into a ``Yin--Yang-shaped'' monopolar vortex structure. The overall structure of the inertial wave beams is close to that for internal gravity waves, though relatively more intense
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Calpe, Linares Miguel. "Etude numérique de la turbulence stratifiée 2D forcée par des ondes internes de gravité." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02612797.
Full textAbstract:
Les écoulements océaniques sont composés des tourbillons ayant une grandeéchelle horizontale et des ondes internes de gravité. Le spectre d'énergiecinétique suit le fameux spectre de Garrett et Munk qui est habituellementinterprété comme la signature des ondes internes de gravité. Notre motivationprincipale est donc de reproduire le régime de turbulence observé dans la natureavec un système forcé seulement avec des ondes.Les écoulements stratifiés bidimensionnels (2D) sur une section transversaleverticale diffèrent des écoulements stratifiés tridimensionnels par l'absence devorticité verticale et par la présence d'ondes et de modes de cisaillement. Dansce travail de thèse, nous effectuons une étude numérique de la turbulencestratifiée 2D forcée par des ondes internes de gravité. Nous éliminons les modesde cisaillement pour avoir un système uniquement constitué d'ondes.Contrairement aux études précédentes, le forçage est appliqué à une régionlocalisée de l'espace spectral. Nous forçons aussi les ondes avec une échellespatiale intermédiaire pour permettre le développement d'une cascade d'énergiedirecte et aussi inverse.Nous présentons d'abord les différents régimes de turbulence stratifiée 2D avecun intérêt particulier au régime typique de l'océan avec une fortestratification et un grand nombre de Reynolds. La dynamique de la cascaded'énergie est analysée par un bilan énergétique spectral. Ensuite, nousvérifions s'il est possible d'obtenir un régime de turbulence d'onde faible enréalisant un analyse spatio-temporelle. Nous étudions enfin le degréd'universalité de la turbulence stratifiée 2D par rapport au forçage<br>The oceanic motions are composed of eddies with a very large horizontal scaleand 3D propagating internal gravity waves. Its kinetic energy spectra follow thewell-known Garrett and Munk spectrum, which is usually interpreted as thesignature of interacting internal gravity waves. Our main motivation is toreproduce the turbulence regime observed in nature by forcing waves.Two-dimensional (2D) stratified flows on a vertical cross-section differ fromits analogous three-dimensional flows in its lack of vertical vorticity,supporting only waves and shear modes. In this PhD work, we perform a numericalstudy of 2D stratified turbulence forced with internal gravity waves. We get ridof the shear modes, sustaining a system only with wave modes. Unlike precedentstudies, the forcing is applied to a localized region of the spectral space, inwhich forced internal waves have a similar time scale. We forceintermediate-scale waves to allow the dynamics to develop both upscale anddownscale energy cascade.We first present the different regimes of 2D stratified turbulence with aparticular interest in the ocean-like regime, i.e. strong stratification andlarge Reynolds number. The dynamics of the energy cascade is analysed by meansof the spectral energy budget. Furthermore, we check if it is possible to obtainturbulence driven by weakly non-linear ineracting waves by performing aspatio-temporal analysis. To conclude, we report results of numericalsimulations forced either on the vorticity or on the eigenmode of theNavier-Stokes equations in order to study the degree of universality of 2Dstratified turbulence with respect to the forcing
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Schofield, Samuel Phillip. "Dynamics of Laminar Jets in Stratified Fluids." Diss., Tucson, Arizona : University of Arizona, 2006. http://etd.library.arizona.edu/etd/GetFileServlet?file=file:///data1/pdf/etd/azu%5Fetd%5F1474%5F1%5Fm.pdf&type=application/pdf.
Full text
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Li, Ming. "Models for gravity currents in stratified fluids." Thesis, University of Oxford, 1990. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.291279.
Full text
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Chidlow, Stewart J. "On topographical wave scattering in stratified fluids." Thesis, University of Reading, 2009. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.515776.
Full text
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Bonnier, Marion. "Sillage d'une sphère en milieu linéairement stratifié : caractérisation des structures tourbillonaires." Toulouse, INPT, 1999. http://www.theses.fr/1999INPT023H.
Full textAbstract:
Les fluides géophysiques sont souvent stratifiés [] ce qui a pour conséquence de rendre les écoulements fortement anisotropes. Ces milieux sont le siège de grands mouvements tourbillonnaires qualifiés de quasi-bidimensionnels []. Dans cette étude expérimentale, nous abordons la dynamique de ces mouvements turbulents sous l'effet stabilisant de la stratification ainsi que la dynamique des structures tourbillonnaires émergeant aux temps longs. [Celles-ci] sont générées expérimentalement dans le sillage d'une sphère dans un milieu linéairement stratifié en salinité. Le premier volet de ce travail consiste à étudier le sillage d'une sphère dans sa globalité, à l'aide de techniques de visualisation, de suivi des particules ou d'anémométrie film-chaud. Nous donnons une description du phénomène d'effondrement, c'est à dire de la transition entre la turbulence tridimensionnelles initiale et la turbulence quasi dimensionnelle du sillage lointain. Nous montrons [] que le sillage proche a un comportement identique au cas des sillages en milieu homogène et que les vitesses déficitaires sont beaucoup plus fortes dans le cas stratifié que dans le cas homogène. D'autre part, la période de l'effondrement se caractérise par une nette accélération de la vitesse moyenne déficitaire du sillage []. Nous montrons également que les taux de décroissance de plusieurs quantités sont indépendantes du régime considéré, laminaire ou turbulent []. Cependant, bien que la dynamique du sillage ne soit donc pas contrôlée par les conditions initiales, il existe un lien entre les structures tourbillonnaires du sillage proche et celles du sillage lointain, qui est mis en évidence à partir de la mesure du nombre de Strouhal []. Le second volet de cette étude consiste à étudier la structure interne en densité de tourbillons en milieu stratifié par des approches expérimentales et théoriques. Nous avons montré qu'après une période transitoire d'adaptation du fluide, les équilibres cyclostrophiques et hydrostatiques dans le centre du tourbillon ont pour conséquence un pincement des surfaces d'égale densité []. L'anomalie de densité est correctement représentée par un modèle analytique de tourbillon isolé basé sur un champ de vitesse gaussien. []. Ce caractère universel des tourbillons en milieu stratifié a pu être vérifié pour un dipôle et pour des tourbillons du sillage d'un cylindre vertical. [] Ainsi, cet exemple nous a permis d'étendre le cas des tourbillons monocouches []
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Kurban, Adib Paulo Abdalla. "Stratified liquid-liquid flow." Thesis, Imperial College London, 1997. http://hdl.handle.net/10044/1/7553.
Full text
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Higginson, Roland Charles. "Turbulence and mixing in a stratified fluid." Thesis, University of Cambridge, 2001. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.620992.
Full text
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Hague, Alexander. "Magnetohydrodynamic waves in a gravitationally stratified fluid." Thesis, University of Sheffield, 2016. http://etheses.whiterose.ac.uk/15842/.
Full textAbstract:
Waves and oscillations are ubiquitous in the Sun. Magnetohydrodynamic (MHD) waves in a gravitationally stratified medium are of fundamental importance in understanding the physical phenomena observed in the solar atmosphere. Waves may be generated by turbulent motion in the solar convection zone. Magnetic fields of varying scales permeate the atmosphere of the Sun; these may provide a channel for MHD waves to propagate into the solar atmosphere. The theory of MHD waves in a stratified medium has been well developed, although it is far from complete. In this thesis we aim to contribute to the development of this theory. The work in this thesis can be broadly divided into two sections. The first of these concerns the role of buoyancy when MHD waves propagate within a gravitational field. Secondly, we study the global resonance of waves in a stratified atmosphere. We primarily employ analytical methods to make progress. We study buoyancy-driven MHD waves with more depth and rigour than previous studies. We begin with a magnetic field that is parallel to gravity. We give a clearer picture of the situation, which has previously been misinterpreted. We generalise previous work to include a more complex and realistic background including temperature variation and partial ionisation. We also briefly consider a magnetic field perpendicular to gravity. It has been shown that vertically propagating acoustic waves in a stratified atmosphere may be trapped by a varying acoustic cut-off frequency. This trapping leads to a global resonance in the entire solar atmosphere. We generalise previous work by including e.g. non-vertical wave propagation, buoyancy and a magnetic field. We conclude that the global resonance is a rather robust phenomenon and so may be an important mechanism in supplying energy into the higher solar atmosphere.
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Koudella, Christophe. "Ondes internes de gravite en fluide stratifie : instabilites, turbulence et vorticite potentielle." Lyon, École normale supérieure (sciences), 1999. http://www.theses.fr/1999ENSL0118.
Full textAbstract:
Une etude numerique de la dynamique d'ondes internes de gravite en fluide stablement stratifie est menee. En deux dimensions d'espace, on analyse la dynamique d'un champ d'ondes internes propagatrices, d'amplitude moderee et initialement plan et monochromatique. Le champ d'ondes est instable et deferle. La production de turbulence de petites echelles spatiales influencees par la stratification est produite. L'etude est etendue au cas tridimensionnel, plus realiste. On decrit un algorithme pseudo-spectral parallele permettant d'integrer les equations de navier-stokes sur une machine parallele. En trois dimensions, on etudie le meme champ d'ondes internes, que l'on perturbe par un bruit infinitesimal ondulatoire tridimensionnel, mais on considere des ondes statiquement stables et instables (grandes amplitudes). On montre que le deferlement d'une onde interne est un processus intrinsequement tridimensionnel, meme pour les ondes de faible amplitude. La tridimensionalisation du champ d'ondes s'opere dans les zones de l'espace ou le champ de densite devient statiquement instable. L'effondrement gravitationnel d'une zone est de structure transverse au plan de propagation de l'onde. Les effets de la turbulence des petites echelles sur la production de la composante non propagatrice de l'ecoulement, le mode de vorticite potentielle et la production d'un ecoulement moyen, permet de conclure que seule une petite proportion de l'energie mecanique initiale est convertie sous ses deux formes, la majeure partie etant dissipee par la dissipation visqueuse et conduction thermique. On reconsidere le mode de vorticite potentielle par une approche hamiltonienne non-canonique du fluide parfait stratifie. La derivation d'un systeme de dynamique modifiee permet d'etudier la relaxation d'un ecoulement stratifie, conservant ses invariants topologiques, vers un etat stationnaire d'energie minimale, correspondant au mode de vorticite potentielle et d'en etudier l'existence et la stabilite.
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Forestier, Marc. "Étude par méthode spectrale de sillages tridimensionnels en fluides stratifiés." Nice, 2000. http://www.theses.fr/2000NICE5450.
Full textAbstract:
Notre principal objectif est l'étude numérique des sillages en fluides stratifiés en température, phénomène physique qui se rencontre fréquemment à l'état naturel. Une approche bibliographique apporte les connaissances de base nécessaires. Une méthode spectrale multidomaine Tchebychev-Tchebychev-Fourier est proposée et développée sur calculateur parallèle. Un gain en stabilité est obtenu en traitant implicitement une partie des termes d'advection et l'implémentation algorithmique utilise une technique de triangularisation de Schur. À chaque pas de temps, la résolution des équations de Navier-Stokes se ramène à un problème d'Oseen généralisé. La difficulté des conditions de sortie est surmontée grâce à des conditions originales de non réflexion : "u - [oméga]". Une méthode de pénalisation permet de modéliser l'obstacle dans l'écoulement et son emploi est justifié par le calcul du sillage tridimensionnel d'un cylindre. Enfin, le code numérique a permis la résolution spatio-temporelle du sillage tridimensionnel d'une sphère pour différentes stratifications au nombre de Reynolds de 300. On donne une description des différents phénomènes physiques et on étudie le rôle de la stratification sur les structures tourbillonnaires. Son caractère inhibitoire est identifié, notamment pour le cas de plus forte stratification par le phénomène d'effondrement du sillage.
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Park, Junho. "Ondes et instabilités sur les tourbillons en milieu stratifié-tournant." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00786642.
Full textAbstract:
En milieu stratifié-tournant, les ondes supportées par un tourbillon colonnaire vertical peuvent être instables en raison d'un rayonnement d'ondes, un phénomène connu sous le nom d'instabilité radiative. Dans la première partie de cette thèse, on étudie numériquement et analytiquement l'effet d'une rotation planétaire sur cette instabilité. En présence de rotation cyclonique, le rayonnement d'ondes diminue et le taux de croissance maximum de l'instabilité radiative décroît exponentiellement quand la rotation augmente. Il devient negligeable quand le nombre Rossby est inférieur à l'unité. En présence de rotation anticyclonique avec un nombre de Rossby supérieur à -1, l'instabilité centrifuge est stable mais on montre que l'instabilité radiative se produit également si le nombre d'onde azimutal est plus grand que 2 et le profil de vorticité est suffisamment raide. Le taux de croissance dans ce régime fortement anticyclonique est comparable à celui dans le régime cyclonique. La principale conclusion est donc qu'un tourbillon colonnaire en milieu stratifié-tournant peut être instable pour n'importe quel nombre de Rossby. Le mécanisme et les propriétés de l'instabilité radiative sont expliqués par une analyse WKBJ pour grands nombres d'ondes. Dans la deuxième partie de cette thèse, la stabilité de l'écoulement de Taylor-Couette stratifié est analysée quand la vitesse angulaire augmente radialement, une régime encore jamais exploré. On montre que cet écoulement est instable vis à vis d'une instabilité stratorotationelle. Cette instabilité est similaire à l'instabilité radiative d'un tourbillon en régime fortement anticyclonique. Ces résultats révèlent que l'écoulement de Taylor-Couette stratifié est toujours instable sauf dans la limite d'une rotation solide.
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Ramanathan, Krishnan Adithya. "Explicit algebraic subfilter scale modeling for DES-like methods and extension to variable density flows." Thesis, Aix-Marseille, 2019. http://www.theses.fr/2019AIXM0117.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, l’objectif est d’améliorer les capacités prédictives des méthodes hybrides RANS/LES par le développement d’un modèle à l’échelle de sous-filtre qui prend en compte une relation algébrique explicite pour les stresses turbulents de sous-filtre non-isotropes et les flux scalaires turbulents. Tout d'abord, un modèle explicite algébrique (EARSM) est développé et calibré avec le modèle BSL de Menter pour les écoulements incompressibles dans un contexte RANS. Deuxièmement, le modèle EARSM est étendu dans le cadre hybrides RANS/LES. Méthodes hybrides RANS/LES spécifiquement dans le cadre de l'Equivalent-Detached Eddy Simulation, aboutissant au modèle hybride explicite algébrique EAHSM. Le travail de validation est réalisé pour l'écoulement entièrement développé du canal à un nombre de Reynolds de frottement à 550 et l'écoulement dans un tuyau carré à un nombre de Reynolds de frottement de 600. Enfin, en supposant que l'approximation de Boussinesq soit valide, les modèles EARSM et EAHSM sont étendus à des écoulements à densité légèrement variable. Suite à la solution directe des relations algébriques implicites, le modèle algébrique explicite pour les contraintes de Reynolds et les flux scalaires est obtenu dans un cadre RANS amené au modèle explicite algébrique de flux scalaire (EASFM). Une méthode itérative est utilisée pour traiter la non-linéarité des expressions couplées pour les relations algébriques. Ensuite, l’EASFM est étendu au cadre des méthodes hybrides RANS/LES. Le comportement des modèles est évalué sur l'écoulement homogène, en stratification stable<br>The aim of this work is to improve the predictive capabilities of hybrid RANS/LES methods HRLM through the development of a subfilter scale model which considers an explicit algebraic relation for the non-isotropic turbulent subfilter stress and turbulent scalar fluxes, contributing to the improvement of the safety analysis concerning hydrogen hazards. Firstly, an Explicit Algebraic Reynolds Stress Model EARSM is developed using the direct solution method and calibrated with Menter's BSL model for incompressible flows in a RANS framework. Secondly, the EARSM model is extended to seamless HRLM specifically in the framework of Equivalent-Detached Eddy Simulation, arriving at the Explicit Algebraic Hybrid Stress Model EAHSM. The calibration of the model constant is performed on the decay of isotropic turbulence. The validation is performed against the DNS data available in the literature for the fully developed Channel flow at a moderate friction Reynolds number of 550 and flow in a square pipe at a friction Reynolds number of 600. Finally, assuming the Boussinesq approximation to be valid, the developed EARSM and the EAHSM models are extended to slightly variable density flows. Following the direct solution of the implicit algebraic relationships, the explicit algebraic model for both the Reynolds stresses and the scalar flux is obtained in a RANS framework which leads to the Explicit Algebraic Scalar Flux Model(EASFM). An effective iterative solution method is used to treat the nonlinearity of the coupled expressions for the algebraic relations. The EASFM is extended to the framework of seamless HRLM. The behaviour of the models is assessed for stably stratified flows
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Bowman, S. B. "Mathematical aspects of wave motions in stratified fluids." Thesis, University of Oxford, 1985. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.370240.
Full text
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Brucker, Kyle Ashley. "Numerical investigation of momentumless wakes in stratified fluids." Diss., [La Jolla] : University of California, San Diego, 2009. http://wwwlib.umi.com/cr/ucsd/fullcit?p3359191.
Full textAbstract:
Thesis (Ph. D.)--University of California, San Diego, 2009.<br>Title from first page of PDF file (viewed July 14, 2009). Available via ProQuest Digital Dissertations. Vita. Includes bibliographical references (p. 171-180).
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Lenahan, Conor (Conor P. ). "Diffusion driven object propulsion in density stratified fluids." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2009. http://hdl.handle.net/1721.1/77083.
Full textAbstract:
Thesis (S.B.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 2009.<br>Cataloged from PDF version of thesis.<br>Includes bibliographical references (p. 10).<br>An experimental study was conducted in order to verify the appropriateness of a two dimensional model of the flow creating diffusion driven object propulsion in density stratified fluids. Initial flow field experiments studying the phenomena that drives the so called diffusion fish indicated that there may be an unaccounted for reliance on the width of the diffusion fish in relation to the width of the tank it moved in. Further study examining a full array of wide fish revealed that there is a nonlinear dependence on the width of the fish, and that for a two-dimensional flow field model to be accurately verified experimentally further experiments must take place to quantify and account for this discrepancy.<br>by Conor Lenahan.<br>S.B.
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Pillet, Grimaud. "Attracteurs d'ondes internes à trois dimensions : analyse par tracés de rayons et étude expérimentale." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEN018/document.
Full textAbstract:
Les ondes internes de gravité jouent un rôle essentiel dans la dynamique océanique. La relation de dispersion anisotrope de ces ondes conduit à des lois de réflexion qui sont différentes de celles dont nous avons l'habitude avec les ondes acoustiques ou les rayons lumineux. Dans cette thèse de doctorat, nous nous intéressons aux structures créées par ces ondes en deux dimensions puis en trois dimensions. Dans la plupart des géométries 2D, le parcours des ondes va converger vers un attracteur. Nous étudions d'abord expérimentalement, dans une géométrie trapézoïdale, l'aspect énergétique d'un de ces attracteurs d'ondes. Nous examinons ensuite expérimentalement la transformation de ces attracteurs dans des géométries tridimensionnelles. Dans certaines géométries, la réflexion des ondes conduit à un phénomène de piégeage dans un plan 2D. Ce phénomène, d'abord étudié à l'aide de tracés de rayons, a été reproduit dans une géométrie trapézoïdale ainsi que dans une géométrie de canal. Cette mise en évidence expérimentale du piégeage pourrait expliquer certaines mesures in-situ réalisées dans l'estuaire du Saint Laurent où la propagation des ondes internes est encore mal comprise. Cette thèse est enrichie par deux études expérimentales portant sur la propagation et la réflexion d'un faisceau d'ondes interne : d'une part, l'instabilité créant un courant moyen dans le cas d'un faisceau se propageant dans une géométrie tridimensionnelle et d'autre part la génération d'ondes rétro-réfléchies lors de la réflexion sur des surfaces courbes<br>Internal waves play a critical rôle in the ocean dynamics. The anisotropic dispersion relation of these waves leads to reflexion law which are different from what we are used to with acoustic waves or light rays. In the PhD thesis, we are interested in structures generated by these waves, in two dimensions then in three dimensions. In most of the 2D geometries, wave path will converge onto an attractor. We firstly study experimentally, in a trapezoidal geometry, the energy aspect of one of these attractors. Then, we survey experimentally the future of these attractors in tridimensional geometries. In some of them, reflexion leads to a trapping event in a 2D plan. This phenomenon was firstly studied by means of ray tracing, and was reproduced in both a trapezoidal and a canal geometry. The experimental obtainment of trapping could explain some in-situ measurements done in the Saint Laurent estuary, where internal wave propagation is still under scrutiny. This thesis is enhanced by two experimental studies on propagation and reflexion of an internal wave beam. Firstly, the instability generating a mean flow from a beam propagating in a three-dimensional geometry. Secondly, the generation of back-reflected waves from beam reflexion on a curved surface