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            <title xml:lang="en">Coupled wave-ocean models: An application to Galway Bay</title>
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            <abstract xml:lang="en">
              <p>The principal goal of this thesis is to investigate the wave-current interaction in Galway Bay through numerical modelling. A first large scale model is set up from scratch using WAVEWATCHIII, covering the whole Atlantic Ocean and including two additional nested grids, refining the resolution to Ireland. This preliminary task is carried out in order to generate spectral wave boundary conditions for a regional application in Irish waters. Surface currents are included as a forcing, higher-order approximations for a sheared current are also tested. The numerical results are validated against altimetry-derived data. The main research focuses on the Connemara region in the west coast of Ireland, and more specifically Galway Bay. A coupled wave-ocean model is set up using COAWST, coupling ROMS with SWAN. The numerical results are first validated against in-situ measurements. The effects of waves on currents and currents on waves are then analysed in details during Storm Hector (2018/06/14). A strong response is observed both in the mean sea level and current circulation inside Galway Bay. The waves are also impacted significantly by the tidal motion, through the current-induced refraction, bottom friction and Doppler shift. Those effects are characterised and explained in order to match as best as possible the data available.A good agreement is found for the large-scale preliminary application, which validates the quality of the wave boundary conditions used for the coupled Connemara model. The impact of surface currents is small, and only impacting the shortest scales. The higher-order approximations are shown to provide no benefit, and possibly to carry a strong numerical error. This observation is followed up in the last part of the thesis, focusing on the integration of currents in third-generation wave models. The ray equations are rederived, highlighting more clearly the impact of currents on the wave phase speed and wave group velocity. The higher-order approximations for a sheared current are generalised for a three-dimensional case. Finally, a method is proposed to reduce the numerical error when depth-integrating those higher-order approximations. Those considerations are evaluated using current profiles from the Connemara model presented here. They are shown to occasionally strongly impact the integration.</p>
            </abstract>
            <abstract xml:lang="fr">
              <p>L'objectif principal de cette thèse est d'étudier l'interaction vague-courant dans Galway Bay à l'aide d'une étude numérique. Dans un premier temps un modèle à grande échelle est configuré avec WAVEWATCHIII, couvrant l'Océan Atlantique et incluant deux grilles emboîtées de manière à raffiner la résolution près de l'Irlande. Cette étape préliminaire est réalisée afin de générer des conditions aux limites spectrales de vague pour une application régionale dans les eaux irlandaises. Les courants de surface sont utilisés comme forçage, des approximations d'ordre supérieur pour les courants sont aussi testées. Les résultats numériques sont comparés à des données altimétriques de hauteur de vague. L'objet de recherche principal est dédié à la région du Connemara sur la côte ouest de l'Irlande, et plus particulièrement Galway Bay. Un modèle couplé vague-courant est configuré avec COAWST, couplant ROMS avec SWAN. Les résultats numériques sont dans un premier temps validés par comparaison avec des mesures in-situ. Les effets des vagues sur les courants et des courants sur les vagues sont ensuite analysés en détail durant la tempête Hector (2018/06/14). Une réaction importante est observée à la fois pour le niveau d'eau moyen et la circulation des courants eu sein de la baie. L'état de mer est aussi impacté de manière significative par la dynamique des marées, via la réfraction induite par les courants, la dissipation par frottement au niveau du fond et via l'effet Doppler. Ces effets sont caractérisés et expliqués à la lumière des données disponibles.Un bon accord entre les données et les résultats numériques est trouvé pour l'application préliminaire à grande échelle, ce qui valide la qualité des conditions aux limites de vague utilisées pour le modèle couplé du Connnemara. L'impact des courants de surface est faible, et seulement significatif aux plus petites échelles observées et simulées. Les approximation d'ordre supérieur n'apporte aucune amélioration, et possiblement introduisent des erreurs d'intégration. Cette dernière remarque est développée dans le dernier chapitre de la thèse qui étudie l'intégration des courants dans les modèles de vague de troisième génération.  Les équations de rayon sont redérivées en illustrant plus clairement l'impact des courants sur la vitesse de phase et la vitesse de groupe. Les approximations d'ordre supérieur pour un courant cisaillé sont généralisées pour un cas tridimensionnel. Finalement, une méthode est proposée pour réduire l'erreur numérique lors de l'intégration sur la verticale des ces approximations d'ordre supérieur. Ces considérations sont quantifiées en utilisant des profils de courant extraits du modèle Connemara présenté dans cette thèse. Elles impactent grandement l’intégration mais de manière ponctuelle.</p>
            </abstract>
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