Thèse Étude des Propriétés Fondamentales de la Turbulence Atmosphérique H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Côte d'Azur École doctorale : SFA - Sciences Fondamentales et Appliquées Laboratoire de recherche : Laboratoire J.L. LAGRANGE Direction de la thèse : Holger HOMANN Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-24T23:59:59 La modélisation d'écoulements hydrodynamiques turbulents est un problème physique majeur aux applications multiples comme par exemple pour la dynamique atmosphérique. Nous proposons dans le cadre de cette thèse de se rapprocher des écoulements atmosphériques en étudiant les propriétés fondamentales de la turbulence dans une couche d'air d'une sphère en rotation. La géométrie sphérique et la rotation créent des structures particulières à grande échelle comme par exemple des jets zonaux (joliment observés par exemple pour Jupiter). Ces grandes structures influencent significativement les structures plus petites, ce qui rend des tels écoulements plus complexes que la turbulence idéalisée homogène et isotrope. Les propriétés, même fondamentales comme des lois d'échelles de la vitesse, de la turbulence sphérique en rotation sont toujours mal comprises.

L'outil numérique de cet étude sera un code du type Galerkin Discontinu (DG) adapté aux GPU via la bibliothèque Kokkos. DG peut être vue comme un mélange de volumes finis et celle des éléments finis. Pour faire des simulations globales d'une couche d'air en géométrie sphérique, notre code numérique utilisera une approche issue de la géométrie différentielle dites 'cubed sphere'. Elle est une carte de la sphère constituée de six régions qui résulte d'une projection d'un cube à l'intérieur de la sphère. L'étudiant.e travaillera sur la méthode 'cubed sphere' dans un code existant afin de faire des simulations globales de haute résolution d'un écoulement sur la sphère pour mieux comprendre les propriétés fondamentales de la turbulence atmosphérique. Notre connaissance même des propriétés fondamentales de la turbulence sur une sphère en rotation n'est pas complète. Une telle turbulence est fortement influencée par des structures à grande échelle comme par exemple des jets zonaux. Aussi, la turbulence se montre anisotrope et dépendant des mécanicismes de forçage et friction. Des simulations numériques directes d'une atmosphère sphérique reste à nos jours un challenge. La combinaison du schéma d'intégration (Galerkin Discontinu), architecture visé (GPU) et maillage (cubed sphere) est prometteur pour pouvoir faire des simulation de haute résolution et précision et pour mieux comprendre des questions fondamentales de la turbulence sphérique en rotation.