Acoustic-gravity waves in free-surface flows : modeling, analysis and simulation towards tsunami early-warning systems - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Acoustic-gravity waves in free-surface flows : modeling, analysis and simulation towards tsunami early-warning systems

Vagues et ondes hydro-acoustiques pour l’alerte précoce de tsunami : modélisation, analyse et simulation

Juliette Dubois

Résumé

The aim of the present thesis is to propose models describing the generation and propagation of acoustic and tsunami waves generated by movements of the seabed. In the event of an underwater earthquake generating a tsunami, acoustic waves propagating in water can be seen as a precursor of the tsunami wave. The study of these acoustic waves can therefore lead to improvements of tsunami early-warning systems. We start with an introductory chapter describing the state of the art on the subject, as well as the main concepts to be covered. Then, we present a model describing the propagation of acoustic-gravity waves in a free-surface flow. The mathematical properties of the model are then studied, and a discretization based on the spectral finite element method is proposed. In particular, we show that the same physical model can be described by an alternative set of equations written for a new variable. In order to describe more accurately the ocean interaction with the seabed, the model is then extended so as to study a fluid-solid system. We present the mathematical study and the discretization of this new model. Finally, the equation that were introduced throughout the previous chapters are used to simulate test-casesn with application to geophysics.
L'objectif de cette thèse est de proposer des modèles décrivant la génération et la propagation des ondes acoustiques et des ondes de tsunami générées par les mouvements du fond marin. Lors d'un tremblement de terre sous-marin générant un tsunami, les ondes acoustiques qui se propage dans l'eau peuvent être considérées comme un précurseur du tsunami. L'étude de ces ondes acoustiques peut donc permettre d'améliorer les systèmes d'alerte précoce aux tsunamis. Nous commençons par un chapitre introductif décrivant l'état de l'art sur le sujet, ainsi que les principales notions qui seront abordées. Nous présentons ensuite un modèle permettant de décrire la propagation des ondes acoustiques et des ondes de gravité dans un fluide à surface libre. Les propriétés mathématiques du modèles sont ensuite étudiés, et une discrétisation par la méthode des éléments finis spectraux est proposée. En particulier, nous montrons que le même modèle physique peut être décrit à l'aide d'un autre système d'équation portant sur une nouvelle variable. Afin de mieux décrire les interactions des ondes avec le plafond océanique, le modèle est ensuite étendu pour étudier un système fluide-solide. Pour cette extension, nous présentons son étude mathématique ainsi qu'une simulation. Enfin, nous utilisons les équations développées au cours des précédents chapitres pour simuler des cas-tests appliqués à la géophysique.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04531035 , version 1 (03-04-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04531035 , version 1

Citer

Juliette Dubois. Acoustic-gravity waves in free-surface flows : modeling, analysis and simulation towards tsunami early-warning systems. Modeling and Simulation. Sorbonne Université, 2023. English. ⟨NNT : 2023SORUS561⟩. ⟨tel-04531035⟩
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