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International audience; In the large wind-wave tank of IRPHE (40m long, 3m wide, 1m deep water and 1.7m high for the air, wind speed up to 14m/s) we conducted a set of experiments to measure the structure of the air flow in the very close vicinity of the water-surface above wind-generated waves. We estimated momentum transfers from air to water and we made direct measure-ments of form drag and viscous drag quantities for different conditions of wind and waves.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Sur un « suiveur à vagues », puis sur un dispositif « plongeur », nous avons mis un anémomètre et un capteur de pression pour mesurer le vent et les fluctuations de pression statique au voisinage immédiat des vagues, jusque dans la sous-couche visqueuse. Nous décrivons la répartition des contraintes normales et tangentielles le long des profils des vagues. Nous discutons de l’influence des termes induits par les mouvements de l’interface dans les transferts air-mer.

The viscous sub-layer above the wind water waves plays a crucial role in the air-sea fluxes of momentum providing important boundary conditions for ocean atmosphere interactions. During the mechanical energy transfer from the wind to the waves, one part of the energy contributes to amplifying the waves through the form drag, whilst the other part contributes to the drift current through the viscous stress. The viscous stress can be determined from wind profile characteristics in the viscous layer. We present an original experimental investigation of the determination of the air flow characteristics within the first millimeters above wind waves. The experiments were conducted in the large IRPHE air-sea interaction in Luminy France. An electromechanical device-diver facilitates the passing of a hot wire anemometer through the viscous sub-layer which allows the measurement of shear stress at the surface. These measurements provide a thorough description of the local structure of the wind in all the zones very close to the water surface. We show that the viscous stress's contribution to the total stress is a decreasing function of the wind speed and of the dominant wave slope. We also show that the viscous stress presents modulations of intensity along the wave profile. These modulations depends on wave slope and wave age. Application to wind wave generation and effect of wind on extreme wave and rogue wave are conducted., La surface de l'océan, interface entre deux milieux l'un liquide et l'autre gazeux, est un lieu d'échange d'énergie dans lequel l'influence du vent est importante. La compréhension des processus d'échanges est un enjeu important pour appréhender la dynamique et le couplage des deux milieux. Lors du transfert d'énergie mécanique du vent vers les vagues, une partie de l'énergie participe à l'amplification des vagues, via la traînée de forme, une autre contribue au courant de dérive, via la traînée visqueuse. Une étude expérimentale a été menée afin de déterminer la répartition de cette énergie entre ces deux traînées pour différentes conditions de vent et de vagues. La détermination de la traînée de forme passe par la mesure de la pression statique au plus près de la surface et celle de la traînée visqueuse par la mesure de la vitesse de l'écoulement de l'air dans la sous-couche visqueuse. Des dispositifs expérimentaux originaux ont été développés dans cette optique. Une sonde de pression constituée d'une antenne de pression de type Elliot et d'un capteur miniature inséré au plus près du point de mesure permet de donner une description détaillée des champs de pression dans la couche limite turbulente. Un dispositif "suiveur à vagues" asservi à une sonde à vagues, permet de réaliser les mesures au plus près de la surface notamment dans le creux des vagues. Enfin, un dispositif « plongeur » permet de faire transiter une sonde de vitesse dans la sous-couche visqueuse de l'air afin de déterminer les contraintes de cisaillement au niveau de la surface. Ces mesures permettent d'obtenir une description fine de la structure locale de l'écoulement de l'air dans les zones toutes proches de la surface marine. Ainsi, nous montrons que la contribution de la tension visqueuse à la tension totale est une fonction décroissante du vent et de la cambrure de l'onde dominante. On montre également que la tension visqueuse n'est pas constante le long du profil de la vague mais présente des modulations, fonction de la phase de la vague, qui s'amplifient avec la cambrure de la vague. Par ailleurs, l'étude des champs de pression met en défaut les méthodes classiques de mesure de la traînée de forme qui consiste à extrapoler le profil vertical des corrélations Pression-Pente à l'altitude de l'eau au repos. L'expression analytique du flux de quantité de mouvement de l'air à l'eau écrite dans un repère mobile permet d'identifier les diverses composantes qu'on peut relier à la traînée totale à la surface. Une étude comparative de la mesure des flux du vent vers les vagues via la méthode Inertio-Dissipative et la méthode directe montre que les résultats divergent à proximité de l'interface. Bien que tous les termes de l'équation bilan de l'énergie cinétique de la turbulence ne puissent être déterminés expérimentalement, on montre que des termes supv plémentaires apparaissent lorsque les mesures sont réalisées sur un support mobile lié aux déplacements de l'interface. Une approche expérimentale montre que la durée de vie de vagues scélérates générées par focalisation spatio-temporelle est significativement augmentée en présence de vent. Une forte asymétrie est effectivement observée entre les phases de focalisation et de défocalisation. L'étude des interactions entre le vent et le groupe focalisant met en évidence que ce phénomène est en partie dû au mécanisme de décollement de l'air à la crête de la vague extrême.

International audience; The Inertial-Dissipation method (IDM) and the Eddy Correlation Method (ECM) are usually used in laboratory or open field experiments to estimate the momentum fluxes at the air-sea interface. Effects of surface waves on the kinetic energy balance equation and its consequence on the estimation of momentum fluxes have been pointed on by different authors (Donelan et al (1997), Janssen (1999), Drennan et al (1999)). The analytical model of Janssen is based on the concept of potential wave induced motions and suggests that, in the presence of surface growing waves, the IDM can underestimate the momentum flux. In situ experiments show that IDM and ECM do not agree in presence of swell or close to the surface for pure wind waves. We present here the results of a series of experiments conducted in the large windwave tank at IRPHE (Marseille). A complete experimental set-up was used in order to measure the downstream and the vertical velocities in air flow, the air-flow pressure fluctuations and the instantaneous deflections of the air-water interface. Momentum fluxes and kinetic transport terms were determined for different wind and wave conditions. The results show that close to the surface in presence of waves, the two methods do not agree i.e. the IDM underestimates the momentum flux. This is due to the non-zero value of the kinetic transport term. Above the Wavy Boundary Layer the two methods collapse. Moreover, in absence of waves (experimental run with a floating coat located at the interface) the IDM and the ECM agree because the transport term is equal to zero. Effects of background waves on fluxes are quantified.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Cette étude concerne l'effet du vent sur la génération et l'évolution des vagues extrêmes. Elle s'appuie sur une série d'expériences conduites dans la grande soufflerie air-eau de l'IRPHE à Luminy. Les résultats montrent que le vent a un effet important sur l'évolution d'un groupe de vagues focalisant conduisant à l'apparition d'une vague extrême. Les mécanismes de couplage entre la couche limite aérienne et le groupe sont étudiés sur la base d'une analyse en ondelette entre les séries temporelles donnant les variations de l'interface air-eau et les fluctuations de vitesse et de pression statique dans l'air. Un dispositif expérimental original de détection du décollement de l'air à la crête des vagues a permis de montrer que le maintien de la vague extrême au cours de sa propagation en présence de vent est vraisemblablement dû à un processus de décollement.