Dynamique des fluides géophysiques

Cours de M2R

Les écoulements dans l’atmosphère, dans les océans, dans les atmosphères des planètes géantes, dans le noyau liquide de la Terre, et même dans les étoiles sont spécifiques essentiellement par deux aspects :

• La rotation globale à laquelle ils sont soumis, qui se traduit par la force de Coriolis
• La stratification du fluide en couches de densité variable, soumis à un champ de gravité.

  

  Illustration 1 : Déferlement d’une instabilité de Kelvin-Helmoltz matérialisée par des nuages

Ces deux caractéristiques changent radicalement la dynamique des fluides, donnant naissance à de nouvelles ondes et de nouveaux équilibres.

L’objectif de ce module est de définir les concepts clés, de donner les outils nécessaires à l’étude de ces systèmes, et de donner un sens physique à ces écoulements qui défient souvent l’intuition forgée par la vie quotidienne.

Le cours commence par une introduction aux lois fondamentales de la dynamique des fluides (équation du mouvement, conservation de la masse, conservation de l’énergie), ainsi que les théorèmes fondamentaux pour le cas géophysique.

Une première grande partie se focalise sur le modèle de l’eau peu profonde, qui s’applique aux écoulements à grande échelle de l’océan et de l’atmosphère, faisant apparaître des ondes spécifiques et négligeant la viscosité.

Une seconde partie étudie en détails des phénomènes spécifiques aux fluides géophysiques, sans s’appuyer sur le modèle de l’eau peu profonde. Nous abordons en particulier les ondes inertielles et de gravité, la convection thermique, et les effets de viscosité sont examinés.

Pour chaque phénomène, des exemples spécifiques sont donnés et la théorie est détaillée.

Intervenants  : Chantal Staquet (laboratoire LEGI) et Nathanaël Schaeffer (laboratoire ISTerre)