Study of convective turbulence in plumes from hydrothermal vents in the deep ocean using LES and in-situ observations

Les champs hydrothermaux sont des oasis de vie à des profondeurs inhospitalières de l’océan. Ces zones constituent des passerelles entre la lithosphère et l’hydrosphère. Un des vecteurs de la circulation hydrothermale est constitué par les fumeurs noirs, des évents dont la température de sortie avoisine les 350 °C. De quelques centimètres de diamètre, ils donnent naissance à un panache convectif turbulent, piloté par l’injection d’un flux de flottabilité dans un environnement faiblement stratifié, s’élevant sur plusieurs centaines de mètres de hauteur. Le site de Lucky Strike, et plus particulièrement l’édifice de Tour Eiffel, sont utilisés comme cadre de référence. Ce travail de thèse reconstruit la turbulence du panache hydrothermal à très haute résolution, en modélisant l’ensemble des échelles turbulentes pertinentes grâce à une approche LES (Large Eddy Simulation), combinée à une méthode de maillage adaptatif. L’hydrodynamique du panache, avec une sortie à 300 °C, est caractérisée à l’échelle de toute la colonne d’eau, avec une résolution allant du centimètre à l’évent, au mètre au niveau d’équilibration. Les résultats permettent d’interpréter les mesures in-situ et d’estimer le flux de chaleur du champ d’évents de Tour Eiffel. Le champ proche du fumeur reste un point faible dans la compréhension des panaches, alors même qu’il est en interaction directe avec les communautés benthiques. Il est étudié en détail, du régime de panache forcé au panache paresseux, et met en évidence l’état de transition de l’écoulement vers le régime de panache pur. Le mélange est caractérisé à travers le taux d’entraînement, qui est confronté aux paramétrisations des modèles théoriques. Les résultats sont comparés aux observations in-situ, et permettent de mieux appréhender les implications pour le transport de particules biologiques. De manière générale, cette étude met en lumière les mécanismes pilotant les panaches hydrothermaux et teste les hypothèses clés des modèles théoriques.