Etude expérimentale d'anneaux tourbillonnaires impactant une stratification : dynamique tourbillonnaire et génération d'ondes internes

Cette thèse porte sur l'interaction entre des structures tourbillonnaires modèles et observées dans de nombreux types d'écoulement, les anneaux tourbillonnaires, et un milieu linéairement stratifié en densité. Un anneau tourbillonnaire constitué d'un fluide homogène léger pénètre sous l'effet de son inertie dans une stratification. Les paramètres de contrôle sont les dimensions de l'anneau, sa vitesse de propagation, son orientation par rapport à l'axe vertical, le gradient de densité de la stratification linéaire et la densité du fluide constituant l'anneau tourbillonnaire. Aux temps courts, lors de la phase de pénétration, la distorsion des isopycnes par l'anneau tourbillonnaire est responsable de la génération de vorticité barocline. Aux temps longs, la stratification se relaxe et des ondes internes sont générées. La dynamique de l'anneau est considérablement affectée par son interaction avec le milieu stratifié et la vorticité est amenée à se réorganiser sur des échelles de temps et d'espace qui dépendent des paramètres de contrôle. Différents verrous scientifiques sont abordés au fil des chapitres. Quelle est la profondeur maximale de pénétration de l'anneau et quels sont les mécanismes précurseurs de l'arrêt de la structure tourbillonnaire avant retour en arrière ? Quelles sont les échelles de temps associées à la réorganisation tourbillonnaire et à la génération d'ondes internes ? Quelles sont les caractéristiques des ondes internes forcées par l'impact ponctuel d'une structure tourbillonnaire localisée et comment les décrire ? Quelle est l'influence de l'angle de propagation de l'anneau tourbillonnaire sur la réorganisation de l'écoulement ? Comment est-ce que l'écoulement est modifié lorsque deux anneaux tourbillonnaires sont générés consécutivement ? Existe-t-il une influence du délai de génération entre les deux anneaux tourbillonnaires sur la profondeur de pénétration et sur les ondes internes générées ? Des campagnes expérimentales où des mesures qualitatives (visualisations) et quantitatives (vélocimétrie par image de particule 2D et vélocimétrie par suivi de particules 4D) ont été réalisées pour répondre à ces questions.