Instabilités radiatives des jets et couches limites atmosphériques

L atmosphère est le siège d écoulements complexes qui peuvent être sources d ondes internes de gravité. Nous nous intéressons en particulier ici aux instabilités radiatives et de cisaillement (ou de Kelvin-Helmholtz). Les études de stabilité d une couche cisaillée dans un fluide stratifié se sont souvent limitées aux cas où la direction du cisaillement de l écoulement moyen était la même que celle de la stratification ; Miles (1961) et Howard (1961) ont ainsi trouvé une condition nécessaire de stabilité basée sur le nombre de Richardson : Ri > 1/4. Dans cette thèse, nous montrons que cette condition n est plus nécessaire dès que le cisaillement et la stratification ne sont pas alignés : nous démontrons qu un jet de Bickley plan peut être déstabilisé pour tous les nombres de Richardson. Bien que le mode le plus instable reste 2D, nous montrons qu il existe une famille infinie de modes instables 3D possédant une structure rayonnante. Une analyse WKBJ est formulée et fournie les principales caractéristiques de ces modes. Nous étudions également une couche limite stratifiée et non visqueuse sur une paroi inclinée en présence d effets non-Boussinesq et compressible. Nous montrons que cet écoulement est instable dès la paroi n est pas horizontale pour tous les nombres de Froude et que le comportement d une perturbation 3D dans un fluide très stratifié est le même qu une perturbation 2D dans un fluide compressible. Des applications des résultats au courant-jet et à une couche limite atmosphérique sont proposées.Complex flows occur in the atmosphere and they can be source of internal gravity waves. We focus here on the sources associated with radiative and shear (or Kelvin-Helmholtz) instabilities. Stability studies of shear layers in a stably stratified fluid concern mainly cases where shear and stratification are aligned along the same direction. In these cases, Miles (1961) and Howard (1961) found a necessary condition for stability based on the Richardson number : Ri > 1/4. In this thesis, we show that this condition is not necessary when shear and stratification are not aligned : we demonstrate that a two-dimensional planar Bickley jet can be unstable for all Richardson numbers. Although the most unstable mode remains 2D, we show there exists an infinite family of 3D unstable modes exhibiting a radiative structure. A WKBJ theory is found to provide the main characteristics of these modes. We also study an inviscid and stratified boundary layer over an inclined wall with non- Boussinesq and compressible effects. We show that this flow is unstable as soon as the wall is not horizontal for all Froude numbers and that strongly stratified 3D perturbations behave exactly like compressible 2D perturbations. Applications of the results to the jet stream and the atmospheric boundary layer are proposed.AIX-MARSEILLE1-Inst.Médit.tech (130552107) / SudocSudocFranceF

Dynamique d'un tourbillon en milieu stratifié (instabilité centrifuge et effets de l'inclinaison)

AIX-MARSEILLE1-Inst.Médit.tech (130552107) / SudocSudocFranceF

L'instabilité elliptique (exemples en aéronautique et en géophysique)

Cette thèse porte sur l'instabilité elliptique des écoulements en rotation. Deux exemples d'application ont été envisagés : l'écoulement dans un sillage d'avion et la dynamique du noyau liquide de certaines planètes. Dans le sillage lointain d'un avion, l'écoulement consiste en deux tourbillons contra-rotatifs. Chaque tourbillon induit un champ de contrainte qui déforme l'autre tourbillon et entraîne sa déstabilisation. Les caractéristiques de cette instabilité sont analysées d'un point de vue théorique et numérique pour différents profils de tourbillon quand un jet axial est présent dans leur coeur. Le deuxième exemple porte sur la stabilité d'écoulement en rotation dans une sphère déformée en ellipsoïde. La déformation elliptique modélise un effet de marée sur le noyau liquide d'une planète. Les propriétés de stabilité de l'écoulement ont été obtenues par méthodes expérimentale et théorique. Un bon accord a été mis en évidence.AIX-MARSEILLE1-BU Sci.St Charles (130552104) / SudocSudocFranceF

SLOW DENSE GRANULAR FLOWS AS A SELF-INDUCED PROCESS

A simple model is presented for the description of steady uniform shear flow of granular material. The model is based on a stress fluctuation activated process. The basic idea is that shear between two particle layers induces fluctuations in the media that may trigger a shear at some other position. Based on this idea, a minimum model is derived and applied to different configurations of granular shear flow.Granular media, rheology, friction, fluctuations

Instabilité multipolaire de tourbillons

AIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF