Laboratoire de Mécanique des Fluides et d'Acoustique - UMR 5509

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Pierre-Yves Passaggia - Marine Sciences Department, University of North Carolina

Convection horizontale : stabilité, bifurcation et son rôle dans la circulation méridionale des océans

Vendredi 6 janvier 2017 - 11h - Bât H10 salle B11 - ECL

Convection horizontale : stabilité, bifurcation et son rôle dans la circulation méridionale des océans

Le rôle des différents phénomènes physiques responsables de la circulation méridionale des océans reste une question ouverte. Afin de comprendre l’impact du différentiel de température entre les pôles et l’équateur à la surface des océans sur cette circulation, un modèle d’écoulement dans une cavité, chauffée et refroidie à sa surface, aussi connu sous le nom de convection horizontale est considéré. Les possibilités de maintenir une circulation méridionale turbulente seront donc examinées en combinant la simulation numérique directe avec des analyses de stabilité et de bifurcation. Ces résultats seront comparés aux lois d’échelles asymptotiques, récemment obtenues par Shishkina et al. (JPO 2016) qui prédisent que le simple chauffage différentiel à la surface des océans joue un rôle moteur important dans le maintient d’une circulation méridionale.
Afin de comprendre les mécanismes responsables de cette dynamique, les transitions successives conduisant à la turbulence seront analysées en fonction du nombre de Rayleigh. Les mécanismes d’instabilité, responsables de la dynamique instable auto-entretenue seront identifiés grâce à l’analyse des modes globaux qui sera comparée avec les méthodes de stabilité locale. La transition vers la turbulence sera ensuite marquée par l’apparition d’une bifurcation sous critique, qui modifie l’écoulement quand on augmente le nombre de Rayleigh. La circulation méridionale profonde évoluant progressivement vers une circulation peu profonde et faiblement turbulente, confinée sous la surface. Finalement, une nouvelle borne inférieure sur le nombre de Richardson permettra de notamment de montrer que l’écoulement de convection horizontale ne peut pas maintenir une circulation méridionale turbulente, tout du moins pour des applications océaniques.

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Snapshots of the turbulent simulations taken at Ra=[10⁹, 10¹⁰, 10¹¹, 10¹²] showing the density field (here denoted by T), the coherent structures of turbulence are shown by the blue isocontours using the lambda 2 criterion (blue). These contours are super-imposed with the strong density gradients (cyan) showing the energy exchanges between the unstable layer developing on the left and the turbulent overturning circulation.
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http://www.unc.edu/~passagia/

[25] Contact LMFA : F. Godeferd

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