Approche expérimentale de la dynamique non-linéaire d'ondes internes en rotation PDF Download
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Book Description
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.
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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.
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NOUS ETUDIONS A L'AIDE DE LA THEORIE DE L'EAU PEU PROFONDE UNE ONDE INTERNE PLANE DANS LE CONTEXTE D'UN FLUIDE TOURNANT STRATIFIE EN BICOUCHE. DIFFERENTS CAS ONT ETE TRAITES POUR LESQUELS LES HYPOTHESES DE FAIBLE ECART DE DENSITE ENTRE LES COUCHES ET DE FAIBLES EPAISSEURS DE COUCHES SONT CONSIDEREES INDEPENDAMMENT OU EN MEME TEMPS. NOUS APPORTONS LA DEMONSTRATION QU'UNE EQUATION D'OSTROVSKY GOUVERNE LES ONDES INTERNES NON-LINEAIRES D'INTERFACE DANS LE CAS FAIBLEMENT TOURNANT. NOUS DEMONTRONS QUE REDUIRE L'ECART DE DENSITE CONDUIT A AUGMENTER LES EFFETS DE LA ROTATION. ENFIN NOUS ETABLISSONS LES EQUATIONS QUI GOUVERNENT LES ONDES INTERNES DANS QUELQUES CAS PARTICULIERS ET NOUS DONNONS LA FORME DE CELLE-CI. DES EXPERIENCES ONT ETE MENEES DANS LA GRANDE CUVE TOURNANTE DU LABORATOIRE CORIOLIS POUR ETUDIER L'INFLUENCE DE LA ROTATION SUR DES ONDES INTERNES AXISYMETRIQUES. NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE QUELQUES PHENOMENES INTERESSANT ET LES CONCLUSIONS EXPERIMENTALES CONFIRMENT NOS RESULTATS ANALYTIQUES EN CE QUI CONCERNE LES INFLUENCES RESPECTIVES DE L'ECART DE DENSITE ET DE LA ROTATION. LA ROTATION MODIFIE CONSIDERABLEMENT LES LOIS D'EVOLUTION DE L'AMPLITUDE EN FONCTION DE LA DISTANCE AU CENTRE DE LA CUVE. UNE AUTRE PARTIE DE L'ETUDE A ETE CONSACREE A LA RECHERCHE EXPERIMENTALE DE LA GENERATION DES ONDES INTERNES NON-LINEAIRES PAR LA MAREE EN PRESENCE DU TALUS CONTINENTAL AINSI QUE LEUR PROPAGATION. L'ORIGINALITE DE CE TRAVAIL RESIDE DANS LA GENERATION D'ONDES INTERNES TRIDIMENSIONNELLES AINSI QUE DANS LA PRISE EN COMPTE DES EFFETS DE LA ROTATION SUR LE MECANISME DE GENERATION ET LA PROPAGATION DES ONDES. NOUS AVONS MONTRE QUE SEUL LE JUSANT ENGENDRE LA MAREE INTERNE SUR LE PLATEAU ET LE TALUS. LA ROTATION N'AGIT PAS SUR LE MECANISME DE GENERATION MAIS SUR LA PROPAGATION DES ONDES, DE PLUS ELLE EN DIMINUE L'AMPLITUDE ET EN AUGMENTE LA VITESSE DE PROPAGATION.
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ON ETUDIA EXPERIMENTALEMENT DANS TROIS INSTALLATIONS EXPERIMENTALES DISTINCTES (A) LA FISSION D'UNE ONDE INTERNE INCIDENTE LORS DE SON PASSAGE AU DESSUS D'UN PLATEAU; (B) LA GENERATION D'ONDES INTERNES PAR UNE ONDE EXTERNE, AU VOISINAGE D'UN TALUS; (C) L'INFLUENCE DE LA ROTATION SUR UNE ONDE INTERNE SOLITAIRE. (A) ON A PROUVE QUE MOYENNANT CERTAINES CONDITIONS (EN PARTICULIER EN L'ABSENCE DE DEFERLEMENT AU VOISINAGE DU TALUS) UNE ONDE INTERNE SOLITAIRE SE SCINDAIT EN AU MOINS DEUX ONDES DE MEME NATURE LORS DE SA PROGRESSION DEPUIS L'EAU PROFONDE VERS L'EAU PEU PROFONDE AU DESSUS DU PLATEAU. LE PHENOMENE EST MOINS CLAIR QUE DANS LE CAS D'UNE ONDE EXTERNE DU FAIT DU FROTTEMENT A L'INTERFACE. (B) SELON LA VALEUR DU RAPPORT DES EPAISSEURS DES COUCHES SUPERIEURES ET INFERIEURES AU DESSUS DU PLATEAU, ON PEUT OU NON OBSERVER DES ONDES INTERNES, ENGENDREES PAR L'ONDE EXTERNE LORS DE SON PASSAGE AU DESSUS DU TALUS, CES ONDES SE PROPAGENT ENSUITE AU DESSUS DU PLATEAU. (C) LA ROTATION MODIFIE PROFONDEMENT L'ALLURE D'UNE ONDE INTERNE NON LINEAIRE, L'AMPLITUDE A LA PAROI EST FONCTION DU PARAMETRE DE CORIOLIS; TRANSVERSALEMENT L'AMPLITUDE DECROIT EXPONENTIELLEMENT DEPUIS LA PAROI VERS LE CENTRE DU CANAL; LA CELERITE N'EST PAS MODIFIEE PAR LA ROTATION , PAR CONTRE LA CRETE DE L'ONDE EST RECOURBEE VERS L'ARRIERE DE LA DIRECTION DE PROPAGATION. AUCUNE THEORIE NE PERMET DE RENDRE COMPTE DE CE FAIT
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Les ondes internes de gravité jouent un rôle important dans les échanges énergétiques océaniques, en particulier par leur mécanisme d'atténuation. Il est alors crucial de déterminer et de quantifier les différents processus permettant un transfert d'énergie vers les petites échelles et aboutissant ainsi au mélange océanique. Nous avons, pour cela, étudié précisément l'un de ces mécanismes: l'Instabilité Paramétrique Sous-harmonique (PSI). Cette instabilité permet la génération de deux ondes internes, de fréquence et de vecteurs d'ondes différents, à partir d'une onde primaire, par interaction non-linéaire résonante. L'étude expérimentale de cette instabilité a ainsi permis de mettre en évidence l'importance de certains paramètres (fréquence, amplitude, largeur de faisceau) quant au développement et à la sélection des ondes secondaires. Ces paramètres influent donc sur le transfert énergétique entre les échelles. En outre notre dispositif expérimental a permis de tester les limites de la théorie développée jusqu'à présent et a conduit à l'élaboration d'un nouveau modèle validé expérimentalement et numériquement.Par ailleurs, nous avons adapté la technique de Fluorescence Induite par Laser (LIF) à des fluides continûment stratifiés afin d'effectuer des mesures simultanées de vitesse (PIV) et de densité (LIF). Cette technique permet ainsi d'étudier expérimentalement l'effet de la propagation et de la déstabilisation des ondes internes de gravité sur une stratification linéaire, et d'accéder à des grandeurs associées au mélange.
Author: Claude Cohen-Tannoudji Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 3527345558 Category : Science Languages : en Pages : 790
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This new, third volume of Cohen-Tannoudji's groundbreaking textbook covers advanced topics of quantum mechanics such as uncorrelated and correlated identical particles, the quantum theory of the electromagnetic field, absorption, emission and scattering of photons by atoms, and quantum entanglement. Written in a didactically unrivalled manner, the textbook explains the fundamental concepts in seven chapters which are elaborated in accompanying complements that provide more detailed discussions, examples and applications. * Completing the success story: the third and final volume of the quantum mechanics textbook written by 1997 Nobel laureate Claude Cohen-Tannoudji and his colleagues Bernard Diu and Franck Laloë * As easily comprehensible as possible: all steps of the physical background and its mathematical representation are spelled out explicitly * Comprehensive: in addition to the fundamentals themselves, the books comes with a wealth of elaborately explained examples and applications Claude Cohen-Tannoudji was a researcher at the Kastler-Brossel laboratory of the Ecole Normale Supérieure in Paris where he also studied and received his PhD in 1962. In 1973 he became Professor of atomic and molecular physics at the Collège des France. His main research interests were optical pumping, quantum optics and atom-photon interactions. In 1997, Claude Cohen-Tannoudji, together with Steven Chu and William D. Phillips, was awarded the Nobel Prize in Physics for his research on laser cooling and trapping of neutral atoms. Bernard Diu was Professor at the Denis Diderot University (Paris VII). He was engaged in research at the Laboratory of Theoretical Physics and High Energy where his focus was on strong interactions physics and statistical mechanics. Franck Laloë was a researcher at the Kastler-Brossel laboratory of the Ecole Normale Supérieure in Paris. His first assignment was with the University of Paris VI before he was appointed to the CNRS, the French National Research Center. His research was focused on optical pumping, statistical mechanics of quantum gases, musical acoustics and the foundations of quantum mechanics.
Author: Noel G. Barton Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 354044873X Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 325
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This volume contains the proceedings of a workshop held in Melbourne, Australia, entitled "Coupling of Fluids, Structures and Waves in Aeronautics". The 22 papers deal with new computational methods for multi-disciplinary design in aeronautics. They are grouped into chapters on fluids, structures, electromagnetics, optimisation, mathematical methods and tools, and aircraft design. Several papers treat coupling of these themes in a multi-physics setting. Included is a 17-page report of a Round Table discussion entitled "Future Tools for Design and Manufacture of Innovative Products in the Aeronautics Industry", together with a summary of important themes and issues. This research promotes the advanced technologies necessary for continued development of efficient and environmentally sustainable transport systems.
Author: Paco Maurer
Author: Paco Maurer
Author: CAROLINE.. RAMIREZ
Author: XUIZHANG.. ZHANG
Author: G. Cavanie
Author: Baptiste Bourget
Author: 
Author: Claude Cohen-Tannoudji
Author: Isaac Todhunter
Author: Noel G. Barton
Author: A. Vautrin