Hurricanes in a soap bubble

Cyclones dans une bulle de savon

Tinihau Meuel (1)

1 LOMA - Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine

This thesis aims at the characterisation of quasi two dimensionalvortices stemming from turbulent thermal convection in a half soap bubble heatedfrom below. The power law in time for their mean square displacement is also validfor Earth hurricanes. This law allows simple hurricane trajectory prediction with itstrack forecast cone wich compares very well to already available cones. In this way,track prediction uncertainty and track fluctuations around a mean track are linked.The intensity of the soap bubble vortices is also studied by the mean of particleimages velocimetry and shows that their velocity field profiles are well described by aLamb type model. The Lagrangian tracking of fluid praticles in a bubble vortex allowsus to follow its intensification and decline phases. We propose an intensification lawfor both soap bubble vortices and Earth hurricanes. Rotation influence on the vorticesnumber, on their life-time, on their trajectory and on the power law of their meansquared displacement is also gauged. The statistical properties of the temperaturefield fluctuations also seem to change with rotation. The exponent of the temperaturestructure functions present a scaling transition from n/3 to n/2.

Au cours de cette thèse nous avons caractérisé les tourbillons quasibidimensionnels générés par convection thermique turbulente dans une demi-bullede savon. La loi de puissance en temps sur leur déplacement quadratique moyen estégalement valide pour les cyclones terrestres. Cette loi permet la prévision detrajectoire de cyclones assortie du cône de prévision comparable aux cônesexistants. Ainsi, les incertitudes de prédiction de trajectoire et les fluctuations decette trajectoire par rapport à une trajectoire moyenne sont liées. Par ailleurs, l’étudede l’intensité des tourbillons de la bulle a montré qu’ils pouvaient être décrit par unmodèle de tourbillon de type Lamb. Le suivi lagrangien de particules de fluide dans letourbillon de la bulle a permis d’en suivre des phases d’intensification et de déclin.Nous proposons une loi d’intensification commune aux tourbillons de la bulle et auxcyclones terrestres. L’influence de la rotation de la bulle sur le nombre de tourbillons,sur leur durée de vie, sur leur trajectoire et sur la loi de puissance de leurdéplacement quadratique moyen a également été étudiée. Nous nous sommes aussiintéressés à l’influence de la rotation sur les propriétés statistiques du champ defluctuations de température. Les fonctions de structures de la température semblentse raidir avec la rotation de la bulle et leurs exposants passeraient d’un régime de loide puissance en n/3 à n/2.

Mots clés: Fonctions de structure de la température; Two-dimensional Turbulence; Thermal Convection; Vortex velocity field; Hurricane Intensification; Rotation effects; Temperature structure functions.

Mots clés: Tourbillons; Turbulence bi-dimensionnelle; Convection thermique; Champs de vitesse d’un tourbillon; Intensification de cyclones; Effets de la rotation; Fonctions de structure de la température

Domaines: Milieux et Changements globaux

Tinihau Meuel. Cyclones dans une bulle de savon. Milieux et Changements globaux. Université de Bordeaux, 2014. Français. ⟨NNT : 2014BORD0111⟩. ⟨tel-01142680⟩