En zones côtières, une onde se propageant à la surface de l'océan est fortement influencée par le courant sous-jacent. Les profiles de vitesses sont variables en profondeur du fait du vent soufflant à la surface et des frottements au fond. En considérant les équations d'Euler pour un fluide non-visqueux et incompressible, accompagnées des conditions de surface cinématiques et dynamiques appropriées, l'interaction entre une onde de surface bi-dimensionnelle, progressive et périodique et un courant sous-jacent est étudiée. En ne considérant pas uniquement un champs de vitesses dérivant d'un potentiel scalaire, ce travail étend le modèle d'un courant cisaillé linéairement à des profiles de courant définis par une classe de fonctions de vorticité exponentielle.Il est montré que ces profiles de courant bi-dimensionnelles sont linéairement stables en l'absence d'une perturbation à la surface. L'influence du courant sous-jacent sur des ondes d'amplitude et de profondeur arbitraire est ensuite étudiée numériquement, en présence ou non de capillarité. Malgré le fait que la célérité et l'énergie potentielle et cinématique de l'onde sont fortement influencées par le paramètre de non-linéarité que représente la cambrure, il est montré que l'effet de la vorticité est non-négligeable, surtout pour des ondes de gravité pure. Finalement, des résultats sont présentés pour une étude de stabilité linéaire d'ondes d'amplitude finie (2D) perturbées en trois dimensions. Les classes d'instabilité classiques sont détectées en présence de vorticité constante et non-constante. De plus, un mécanisme est proposé pour une instabilité tri-dimensionnelle dominante en présence de vorticité. / In coastal zones, waves propagating at the surface of the ocean are strongly influenced by underlying shear currents. Depth-dependent velocity profiles are generated by wind blowing at the surface and friction at the bed. Considering the Euler equations for an inviscid and incompressible fluid, along with the appropriate free-surface kinematic and dynamic boundary conditions, the interaction between a two-dimensional progressive periodic free-surface wave of permanent form and an underlying current is studied. By not assuming that the velocity field derives from a scalar potential, this work extends the linear, constant vorticity, shear model to velocity profiles defined by a class of exponential vorticity functions. The two-dimensional current profiles are first shown to be linearly stable in the absence of a free-surface perturbation. The influence of the underlying shear on waves of arbitrary amplitude and depth is then studied numerically, both in the absence and presence of capillarity. Although the celerity and potential and kinetic energy of the wave are strongly influenced by the nonlinear wave steepness parameter, the effect of vorticity is shown to be non-negligible, especially for pure gravity waves. Finally, results are presented for a linear stability analysis of these finite amplitude (2D) waves under three-dimensional perturbations. It is found that the classical classes of instability corresponding to four and five wave resonances are recovered in three-dimensions in the presence of constant or depth-dependent vorticities. Finally, a mechanism is proposed for the dominant three-dimensional instability caused by the presence of an underlying shear current.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2018AIXM0130 |
| Date | 28 March 2018 |
| Creators | Seez, William |
| Contributors | Aix-Marseille, Abid, Malek, Kharif, Christian |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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