Composition du jury

M. François Bouchut, examinateur
M. Alain Colin de Verdière, rapporteur
M. Claude Frankignoul, examinateur
M. Gurvan Madec, examinateur
Mme Chantal Staquet, rapporteur
M. Hector Teitelbaum, examinateur
M. François Vial, invité
M. Vladimir Zeitlin, directeur de thèse

Résumé

L’objet de cette thèse est d’étudier l’émission, la propagation et le déferlement des ondes d’inertie-gravité de grande échelle horizontale dans l’atmosphère et l’océan. L’approche retenue combine des travaux théoriques et des simulations numériques dans le cadre d’un modèle idéalisé ainsi que l’analyse de données.
Le choix du modèle de l’eau peu profonde en rotation permet de développer des méthodes numériques de haute résolution adaptées tant au calcul de l’évolution de la partie lente et équilibrée d’un écoulement
géophysique qu’au traitement du déferlement de sa partie rapide et non-équilibrée. Ces méthodes sont utilisées pour examiner le rôle de l’ajustement à l’équilibre géostrophique comme source d’ondes d’inertie-gravité.
Aux latitudes moyennes, on montre que l’ajustement de fronts rectilignes en une composante stationnaire et géostrophique, d’une part, et une composante propagative et ondulatoire, d’autre part, est systématiquement atteint. Cependant, les ondes rapides déferlent au voisinage du jet où une part de leur énergie est dissipée.
Le mécanisme de l’ajustement géostrophique est étendu aux basses latitudes dans le cas de perturbations longues au voisinage de l’équateur. Une théorie perturbative établit que le trou spectral entre les ondes lentes de Kelvin et de Rossby et les ondes rapides d’inertie-gravité et de Yanai inhibe leur interaction. Les simulations numériques vérifient ce résultat et révèlent que le déferlement des ondes de Kelvin redistribue la vorticité potentielle de l’écoulement.
Les ondes d’inertie-gravité équatoriales d’échelle synoptique sont étudiées dans l’atmosphère tropicale. Une méthode d’analyse est développée pour identifier ces ondes rapides dans les données réanalysées du CEPMMT. Leur propagation verticale montre leur émission depuis la haute troposphère vers la troposphère et la stratosphère. Une part significative du flux de quantité de mouvement nécessaire à l’entretien de l’oscillation quasi-biennalle (QBO) leur est attribuée.
Enfin, une analyse détaillée du déferlement des ondes équatoriales révèle que le scénario de déferlement dépend de l’équilibre de la force de Coriolis avec le gradient de pression zonale. Le déferlement des ondes non-équilibrées dissipe de l’énergie et redistribue la vorticité potentielle. Le déferlement des modes équilibrées produit des modes localisés qui transportent le fluide de manière ballistique.