Séminaire du Pole Air: Bérengère Dubrulle (CEA)

mardi 6 février 2001 à 11 heures



Titre: Un modèle dynamique de la chimie turbulente dans la couche limite atmospherique


La majeure partie des réactions chimiques engendrées par et impliquant les activités humaines ont lieu dans la couche limite. La turbulence de cette couche influe sur le résultat des réactions chimiques via deux effets : i) cinétique, en favorisant la création de petites échelles (fronts turbulents) dans lesquelles les réactants auront tendance à se rassembler, et donc, à interagir de façon plus efficace. ii) dynamique, en favorisant le transport des réactants loin des sources et des zones de réactions (diffusion turbulente). Ces deux effets sont bien connus, et ont été observés dans des expériences de laboratoires ou dans des simulations numériques directes, mais ils sont difficiles à prendre en compte dans le cas de la couche de surface atmosphérique. Les nombres de Reynolds caractérisant la turbulence sont énormes, ce qui ferme l'accès aux simulations numériques directes. D'autre part, une approche " grande échelle " du problème (ou l'on ne simule que les plus grandes échelles de la turbulence) est clairement inappropriée, puisqu'elle néglige les acteurs les plus importants de la cinétique (les petites échelles). Ces difficultés montrent l'intérêt de développer un modèle de turbulence, dans lequel la dynamique des petites échelles est reproduite le plus fidèlement possible. Dans des travaux récents, nous avons utilisé des simulations numériques à grande résolution et des résultats d'expériences de laboratoire pour analyser finement les mécanismes de la dynamique des petites échelles en turbulence. Nous avons découvert que contrairement à une idée reçue, c'est un mécanisme linéaire (le cisaillement et l'étirement par les grandes échelles) qui détermine les propriétés déterministes et statistiques de l'écoulement à petite échelle. Cette découverte permet de s'affranchir des écueils habituellement rencontrés dans la modélisation de la turbulence (problèmes de fermeture), et de décrire la dynamique turbulente à l'aide d'une équation stochastique linéaire. Je montrerais comment ces resultats permettent de calculer analytiquement les gradients moyens et les variances dans la couche limite atmospherique, et decrirai la generalisation de ces calculs a la chimie turbulente. Finalement, j evoquerais la possibilite d utiliser ce modele en tant que modele sous-maille, pour des simulations numeriques.