Compressible ocean modelling : ocean dynamics and acoustic propagation

Cette étude explore les perspectives pour l'acoustique sous-marine des modèles numériques d'océan compressible à surface libre. Ces modèles, qui ne font pas l'hypothèse hydrostatique ni l'approximation de Boussinesq, propage les anomalies de pressions induites par la dynamique océanique sous la forme d'ondes acoustiques. Une étude analytique démontre l'importance pour gagner du réalisme dans la propagation des ondes acoustiques d'introduire une couche sédimentaire. Le modèle numérique est validé au travers d'une série de cas tests acoustiques de complexité croissante: propagation en océan infini puis propagation guidée, en océan homogène puis stratifié, en présence de reliefs sous-marin. On dispose ainsi d'un modèle numérique modélisant simultanément les champs océanographiques et acoustique, en trois dimensions, dans le domaine temporel. L'originalité de ce travail est de permettre de modéliser de façon déterministe les effets de l'environnement sur la propagation acoustique à toutes les échelles spatiales et temporelles. Ce type de modèle vient ainsi combler des secteurs hors de portée des modèles de propagation acoustique "classiques", en particulier en présence d'un environnement océanographique complexe et pour les ondes acoustiques ultra-basse fréquence. Nous nous intéressons à une version compressible du modèle numérique d'océan CROCO. Nous illustrons le potentiel à grande échelle, avec une prévision de propagation acoustique, et à plus fine échelle en simulant l'effet de processus turbulents sur la propagation d'onde. On montre également le potentiel du modèle à évaluer la signature acoustique de processus océaniques, et donc la capacité d'un tel outil à explorer la contribution de l'océan au bruit ambiant. Les perspectives ouvertes par cette étude portent principalement sur l'effet des fluctuations océaniques sur la propagation acoustique basse-fréquence. Un focus particulier pourra être porté sur l'anisotropie de propagation attribuable à l'environnement, en termes d'hydrologie mais également de courants. Les applications montrées dans l'étude ciblent principalement les ondes acoustiques ultra basses-fréquences. La limite haute dépend des ressources numériques. Au travers de la parallélisation et de ses versions CPU et GPU, le code est orienté vers les capacités HPC. On peut donc espérer élargir le spectre d'application des ultra basses-fréquences vers les basses-fréquences.