Génération dynamique d’ondes capillaires

Nous étudions la génération dynamique d’ondes capillaires dans des ondes d’eau bidimensionnelles, inviscides et irrotationnelles avec tension superficielle. Il est bien connu que de courtes ondes capillaires apparaissent à l’avant des vagues d’eau abruptes. Bien que diverses études expérimentales et analytiques aient contribué à la compréhension de ce phénomène physique, le mécanisme précis qui génère la formation dynamique des ondes capillaires n’est toujours pas bien compris. En utilisant une méthode intégrale aux limites numériquement stable et spectralement précise, nous effectuons une étude systématique de l’évolution temporelle des ondes déferlantes en présence de tension superficielle. Nous constatons que les ondes capillaires proviennent près de la crête dans un voisinage, où la courbure et sa dérivée sont maximales. Pour une tension superficielle fixe mais faible, le maximum de courbure augmente dans le temps et l’interface développe un train oscillatoire d’ondes capillaires à l’avant de la crête. Nos expériences numériques montrent également que, à mesure que le temps augmente, l’interface tend à une possible formation de bulles piégées par auto-intersection. En revanche, pendant un temps fixe, lorsque le coefficient de tension superficielle τ est réduit, la longueur d’onde capillaire et son amplitude diminuent de manière non linéaire. Les solutions d’interface s’approchent du profil τ=0. Au début des capillaires, la dérivée de la convection est comparable à celle du terme de gravité en condition dynamique aux limites et la tension superficielle devient appréciable par rapport à ces deux termes. Nous constatons que, sur la base de l’onde τ = 0, il est possible d’estimer une valeur seuil τ0 telle que si τττ0 alors aucune onde capillaire ne se produit. En revanche, pour τ suffisamment grand, la rupture est inhibée et un mouvement capillaire pur est observé. Le comportement limite est très similaire à celui de l’équation KdV classique. Nous étudions également l’effet de la viscosité sur la génération d’ondes capillaires. On constate que les ondes capillaires persistent tant que la viscosité n’est pas significativement supérieure à la tension superficielle.

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