avec B. Gallet, P. Gutierrez et Th. Humbert.

Des ondes gravitationnelles en astrophysiques aux électrons dans les milieux désordonnés, la propagation des ondes dans des milieux complexes se retrouve à de nombreuses échelles en physique. Ici nous nous concentrerons sur la propagation d’ondes de surface au-dessus d'écoulements tourbillonnaires. Nous avons eu une approche expérimentalement de ce problème particulièrement utile en océanographie notamment pour comprendre l’interaction atmosphère-océan. Nous l’avons abordé par deux fronts. Dans un premier temps,  nous avons d'abord considéré l'interaction non linéaire d’une onde monochromatique avec un seul tourbillon engendré électromagnétiquement dans une solution de sulfate de cuivre. Le déplacement du tourbillon et la déviation de l'onde sont mesurés simultanément en une seule mesure de particle tracking. Le déplacement peut s'expliquer par la déformation du tourbillon sous l'action de la vague et de son auto-induction. En conséquence, il y a une forte diminution de la vorticité de surface qui, en retour, réduit l'efficacité de la déflexion de l'onde. Ceci bien est bien mis en évidence dans notre expérience où les ondes les plus fortes sont moins déviées par des tourbillons forcé de manière identique.

La seconde approche a été l'étude expérimentale de la propagation des vagues sur un écoulement tourbillonnaire turbulent. L’écoulement dans une couche de métal liquide est entraîné par un forçage électromagnétique induit par l’application d’un fort courant et la présence de lignes de champ magnétique alternées. L’écoulement aléatoire ainsi engendré à une forte vorticité verticale. Nous avons éliminé les fluctuations dues à l'écoulement sous-jacent en utilisant une moyenne stroboscopique. Ainsi nous avons pu nous concentrer sur l'élévation de l'onde le long d'une ligne dans la direction de propagation. Nous montrons un léger décalage de la longueur d'onde et un déclin spatial de l'onde plus rapide lorsque la turbulence croît. Le décalage est interprété comme une signature de la déviation aléatoire de l'onde. Le déclin est la signature de l’amortissement turbulent. Nous avons effectué une étude approfondie de cet amortissement en fonction des paramètres de l'onde et de l'écoulement, don nous tirons une loi d'échelle unique. Cependant, le mécanisme d'extraction de l'énergie de l'onde reste à expliquer.

Waves Propagation above eddy flows

From the astrophysical gravitational waves to the electrons in disorder media, the wave propagation through complex media is ubiquitous at many scales of physics. Here, we focus on a problem relevant by many aspect in oceanography: the propagation of surface waves above a swirling flow. We tackle experimentally this problem by two fronts. First, we are going to consider the nonlinear interaction of a monochromatic wave with a single vortex generated electromagnetically in copper-sulfate solution. The vortex displacement and the wave deflection are captured simultaneously within a single particle tracking measurement. It can be explained by the vortex stretching and self-distortion under the action of the wave. A consequence is a sharp decrease of the surface vorticity that, in return, reduces efficiency of the wave deflection. This is well evidenced in our experiment where stronger wave are less scatters by a vortex generated with the same forcing strain.

The second approach is devoted to experimental study of waves propagating through a turbulent eddy flow. The flow in a liquid metal layer is driven by an electromagnetic forcing by using a strong applied current and alternated magnets lines. The generated random flow has a strong vertical vorticity. Using a stroboscopic average, we smear out the fluctuations of the surface due to the underlying flows. Hence, we can focus on the wave elevation along a line in the direction of propagation. We show a slight shift of the wavelength and a stronger damping of the wave when the turbulence is increased. The former is interpreted as a signature of the random deflection of the wave projected on the direction of propagation. The latter is a signature of a turbulent damping. We perform an extensive study of this damping as function of the waves and the flows parameters and we exhibit a single scaling law collapsing the data. However the mechanism extracting the energy of the propagating wave remains unclear.