Descriptif

L’atmosphère et l’océan sont au cœur des problèmes environnementaux de la planète, à toutes les échelles d’espace ou de temps, car ils constituent les vecteurs  du transport d’eau, d’énergie, de composés chimiques. Le rôle de ces deux fluides les oppose: l’atmosphère, dont les mouvements sont très rapides, détermine l’organisation spatiale des températures ou des précipitations sur la planète, mais possède très peu de mémoire ; l’océan au contraire a une inertie (dynamique, thermique) considérable et organise les fluctuations temporelles du climat. 

Ils se ressemblent par contre au niveau des principes physiques qui les mettent en mouvement : l’atmosphère comme l’océan sont des fluides qui ont une faible extension verticale, qui sont fortement stratifiés en densité (parce qu’ils sont chauffés), et qui se déplacent sur une sphère tournante par des mouvements principalement horizontaux. La description de leur mouvement constitue une branche importante de ce que l’on appelle la mécanique des fluides géophysiques. Les forces de Coriolis, les contrastes Pôles-Equateur, sont responsables de ce que la circulation atmosphérique et la circulation océanique s’organisent prioritairement à l’échelle planétaire.

Le cours se décline en trois parties, dont chacune mélange mécanique des fluides et  science des systèmes naturels:

1. Introduction à la mécanique des fluides géophysiques.

Les notions qui seront introduites relèvent de concepts mécaniques généraux et sont applicables à des systèmes tournants et/ou stratifiés très variés (turbines, centrifugeuses). Elles se prêtent par exemple à des illustrations par des expériences de démonstration dans des cuves en rotation. Mais les particularités du monde réel s’imposent aussi et des méthodes d’analyse dimensionnelle sont nécessaires pour filtrer les équations et en retenir une version pertinente pour  la description des grandes échelles planétaires.

2. Reconstruction de la circulation générale de l’atmosphère.

Cette reconstruction permettra d’opposer deux régimes dynamiques très différents : dans la région intertropicale une circulation très stable, sous forme de cellules convectives, détermine des zones équatoriales humides et la ceinture des déserts subtropicaux. Aux moyennes latitudes les circulations sont instables et fortement marquées par la rotation de la Terre.

3. Reconstruction de la circulation générale de l’océan.

L’océan est mis en mouvement à la fois par des variations de densité de l’eau de mer (liées à sa température ou sa salinité), par la rotation de la Terre, mais aussi par l’action directe du vent. Les deux couches limites turbulentes qui se développent de part et d’autre de l’interface air/mer jouent ainsi un rôle considérable, parce qu’elles contrôlent les échanges de quantité de mouvement, d’eau, d’énergie, de polluants, entre ces deux milieux. Nous opposerons dans le cas de l’océan une circulation planétaire à un domaine équatorial très particulier, où se développent des instabilités telles que l’oscillation El Nino.

Ce cours est un cours de Mécanique, mais constitue aussi une introduction à certains thèmes environnementaux : prévision météorologique, changements climatiques, ou, dans une moindre mesure, pollution et qualité de l’air.

Niveau requis : Ce cours est accessible sans pré-requis, même s’il demande un effort initial un peu plus grand aux élèves qui n’ont suivi préalablement aucun module de Mécanique.

Langue du cours : Français

Credits ECTS : 5

Dernière mise à jour : 05 avril 2016