PhD Thesis (1994)
University "Paul Sabatier" (U.P.S.) at Toulouse, France.
TITLE :
In English : Application of the concept of Exergy to the Energetics of the Atmosphere. The "dry" and "moist" versions of the Available Enthalpy approach.
In French : "Application du concept d'exergie à l'énergétique de l'atmosphère. Les notions d'enthalpies utilisables sèches et humides".
ENTITLED :
The PhD thesis of the Paul Sabatier University in Toulouse has been obtained the 10th of June 1994, with all the best possible mentions. The thesis has been prepared at night and during the week-end of 1993-94, while continuing my usual job at Météo-France, in the COMPAS team (see my CV). The PhD organisation depended on the "Astrophysique - Géophysique et Techniques Spatiales" department of the UPS.
JURY :
D. Cadet (PhD Director / LMD-X, Polytechnic School, Paris), R. Sadourny (Referee / Director of the LMD-X and LMD-ENS, Paris), R. P. Pearce (Referee / Professor at the University of Reading), J.F. Geleyn (Examinator / head of the GMAP team in the CNRM, Toulouse), G. Vedrenne (President of the Jury / Professor at the U.P.S., Toulouse).
SUMMARIZE :
L'énergie utilisable est la partie de l'énergie qui est virtuellement convertible en travail. Elle est connue sous divers noms tels que "motivity", "availability", énergie utilisable, enthalpie utilisable, travail maximal, "technische Arbeitsfähigkeit", ou plus récemment exergie. Le terme exergie (travail extractible) semble maintenant s'imposer dans la littérature thermodynamique.
L'objet de la thèse est l'étude, dans le cadre de l'énergétique de l'atmosphère, des propriétés de la fonction enthalpie utilisable spécifique qui est une des formes locale de l'exergie. Cette fonction possède une formulation simple et elle est définie mathématiquement en tout point de l'atmosphère.
Les propriétés de cette fonction sont pour la plupart analogues à celles de l'énergie utilisable de Lorenz. Elle est cependant exempte d'approximation, avec de plus la possibilité d'étudier des phénomènes limités dans l'espace (sur l'horizontale et la verticale). Cette fonction enthalpie utilisable généralise dans sa version hydrostatique diverses autres fonctions introduites en météorologie (Dutton, Van Mieghem, Pearce), c'est aussi un des cas particuliers de la pseudo-énergie introduite par Shepherd.
On présente l'étude de l'énergétique d'une onde barocline sur l'Europe occidentale avec, comme pour le cycle de Lorenz, une séparation en une partie zonalement symétrique et en perturbations par rapport à celle-ci. Les contributions dues aux flux aux frontières ainsi que plusieurs termes de conversion présentent une cohérence qui était absente dans les versions locales de la théorie de Lorenz.
L'application au cas d'une atmosphère non-hydrostatique est mathématiquement fondée, bien que la formulation obtenue par Karlsson à l'aide de l'autre forme locale de l'exergie peut, par certains aspects, apparaître plus prometteuse.
Une généralisation au cas de l'atmosphère humide a été obtenue, avec un nouveau réservoir énergétique qui dépend de la chaleur latente potentiellement libérable par les formes liquide et solide de l'eau atmosphérique. Cette version semble être la généralisation humide recherchée par Lorenz.
ORAL PRESENTATION : on the 14th of June 1994, in the conference room of the CNRM, at Météo-France, Toulouse.