Note publique d'information : Les études et développement menés dans ce travail de thèse ont porté sur divers aspects
du traitement de l’évolution réaliste des états de mer, notamment sur les spécificités
d’une approche déterministe non-linéaire, sur la prise en compte d’un forçage par
le vent et de la dissipation dans une approche à phase résolue, et sur un développement
à but opérationnel des techniques de modélisations réalistes. En parvenant à une meilleure
modélisation des états de mer, ils visent à permettre une meilleure interprétation
des images radar rétrodiffusées par la surface de la mer. Les applications concernent
entre autres la caractérisation et la prévision court terme en temps réel des conditions
de mer, ainsi que la détection de cibles marines. Un modèle numérique tridimensionnel
basé sur une méthode High Order Spectral sert de support à l‘étude des processus non-linéaires
à l’œuvre en conditions océaniques. Une première partie de cette étude permet de mettre
en lumière un ensemble de critères nécessaires à la bonne mise en œuvre de cette méthode.
On met notamment plus particulièrement en évidence une problématique d’initialisation
liée à un besoin de simulations de référence dès les premiers instants de modélisation.
Une méthode d’initialisation non-linéaire est proposée et évaluée. La prise en compte
d’un forçage par le vent et de dissipation par moutonnement est ensuite proposée.
La paramétrisation du couplage rétroactif océan-atmosphère et de la dissipation, en
pression, à l’œuvre dans les modèles stochastiques de prévision d’état de mer est
adaptée à la formulation déterministe. Une formulation récente du couplage (Bidlot
et al. (2005)) est testée et validée comparativement avec la modélisation stochastique
usuelle issue du modèle WAVEWATCH3. L’approche déterministe est finalement capable
de prendre efficacement en compte les termes de forçage et dissipation et permet des
évolutions d’états de mer réalistes. Le problème de modélisation opérationnelle des
états de mer, à moindre coût calcul mais avec une prise en compte suffisamment réaliste
des spécificités océaniques est abordé. Une méthode numérique est proposée et testée
comparativement à l’approche complètement non-linéaire de référence
Note publique d'information : Researches conducted in this thesis deal with the realistic evolution of wave fields
in oceanic conditions. The interest is more particularly focused on various aspects
including specificities of a deterministic fully non-linear approach, the wind wave
coupling and energy dissipation through white capping, and non-linear simplified modeling
for operational use. This work aims to provide efficient and realistic modeling of
wave fields so as to enable a better understanding of radar backscattering over oceanic
surfaces. Direct applications include short-term forecasts of sea states, or detection
of marine targets thanks to remote sensing. A numerical tridimensional model based
on a High Order Spectral (HOS) method enables to fully account for non-linear processes
in sea states. Some specificities are enlighten and provide a better framework for
the efficient use of the method. Among them, the need for reference conditions at
early stages of a modeled sea state is underlined. A non-linear method is proposed
and its performances evaluated. Momentum transfers associated with wind forcing and
dissipation through whitecapping are then proposed for the HOS deterministic approach.
Two way coupling between atmospheric and oceanic layers, and dissipation of energy
due to wave breaking are achieved thanks to a formulation at use in common stochastic
wave models. Forcing and dissipation intervene in the HOS formulation by the mean
of pressure fields related to the sea state. The recent set of parametered proposed
bay Bidot et al.(2005) is tested and comparatively validated with the WaveWatch3 stochastic
wave model. The HOS deterministic approach is finally able to properly take into account
the evolution of oceanic wave field under wind forcing and dissipation. The problem
of simplified modeling of sea state for the specific purpose of operational use in
remote sensing applications is finally studied. A numeric method able to take into
account non-linear specificities of the wave field up to a second order in wave elevation
and third order in term of phase velocity is proposed and implemented. Its performances
are comparatively evaluated with fully non-linear evolutions as references.
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