Analyse et modélisation des courants et de la turbulence sous les vagues de vent

Deux manifestations relativement bien observées des interactions dynamiques à l'interface eau-atmosphère sont au centre de ce travail : il s'agit d'une part, du niveau élevé de l'intensité turbulente au sommet de la couche de surface, sous les vagues de vent, d'autre part, de l'organisation du champ de vitesse moyenne en rouleaux d'axes parallèles à la direction du vent (circulations de Langmuir). Ce double aspect des interactions entre les courants moyens, la turbulence et les mouvements orbitaux associés aux vagues est analysé en mettant en oeuvre une modélisation et des simulations numériques qui s'appuient sur un ensemble de résultats expérimentaux obtenus au laboratoire ou sur le terrain. Les principaux travaux théoriques et expérimentaux qui ont contribué à mieux appréhender ces aspects de la dynamique de la couche mélangée de surface et sur lesquels s'appuient les essais de modélisation sont rappelés et commentés dans le premier chapitre du mémoire. Les résultats d'expériences de laboratoire et de terrain disponibles ont été recensés et comparés. Cette analyse est développée sous forme non dimensionnelle avec des échelles de référence caractéristiques des trois mouvements, orbital, turbulent et moyen. Les résultats présentés dans le chapitre deux suggèrent ainsi une nouvelle paramétrisation de l'énergie cinétique turbulente et du taux de dissipation turbulente au sommet de la couche de surface en fonction de l'énergie, de la cambrure et du nombre d'onde de l'onde dominante du champ de vagues (ces résultats vont guider le choix des conditions aux limites à l'interface mises en oeuvre dans les expériences numériques). Cette analyse confirme aussi, du moins qualitativement, le rôle des circulations de Langmuir sur le champ de vitesse moyenne et la turbulence.