Dissertationen zum Thema „Littoraux – Modèles mathématiques“

L'etude numerique a ete realisee avec le modele de l'universite du colorado developpe par pielke (1974). Des modifications ont ete apportees a la version originale concernant essentiellement le schema de turbulence, la prise en compte du forcage de grande echelle et les conditions aux limites laterales. Le modele dans sa version bidimensionnelle s'est montre capable de reproduire correctement des ecoulements idealises de brises de mer et de pente en comparaison avec des observations et des resultats obtenus a l'aide d'autres modeles numeriques. La version tridimensionnelle du modele forcee par des champs du modele du centre europeen de reading a ete utilisee pour etudier la circulation atmospherique dans la baie de monterey dans la zone cotiere californienne pour laquelle on dispose d'observations recueillies pendant la campagne lasbex. Ces observations ont mis en evidence la presence de circulations du type brise de terre brise de mer dont on modelise une sequence. Le modele est utilise pour analyser les processus complexes qui conditionnent ces circulations. Pour cela des etudes academiques sont menees afin de comprendre le role joue par le relief, le forcage de grande echelle et la forme de la ligne de cote sur les circulations aux caracteristiques tres differentes qui regissent la baie et les grandes portions de la cote quasi-rectilignes de la californie

Cette thèse présente la modélisation physique et la résolution numérique du couplage entre l'hydrodynamique littorale en présence de vagues déferlantes et la dynamique sédimentaire pour analyser la morphodynamique des bancs de sable sur une plage. D'une part, le modèle hydrodynamique 2D-Horizontale permet de décrire les courants moyens induits par la houle et d'en déduire le transport sédimentaire associé. L'évolution du fond sableux est ensuite obtenue par le bilan des flux de sédiment. Dans certaines conditions d'écoulement, une modélisation morphodynamique simplifiée permet de décrire le comportement des ondes de sable. D'autre part, l'hydrodynamique est résolue de manière implicite pour obtenir une solution quasi-stationnaire des courants moyens tandis que l'évolution du fond est calculée avec des méthodes explicites d'ordres supérieurs non-oscillantes. Enfin, les simulations effectuées sur une plage d'Aquitaine mettent en avant le potentiel de l'outil numérique réalisé.

Notre étude a porté sur la résolution de quelques problèmes qui se posent à l'environnement marin. Sa connaissance dans sa globalité semble difficile à cerner compte tenu des nombreux phénomènes qui le composent. L'effet des écoulements oscillants, que produit la houle au voisinage du fond marin, sur le transport des sédiments, constitue l'un des problèmes qui ont retenu notre attention. La prédiction du transport de ces sédiments dépend principalement du modèle de turbulence utilisé en couches limite oscillante. Pour résoudre ce problème, nous avons commencé par étudier des profils expérimentaux du flux turbulent R12 issus de mesures sur des fonds fixes. Ceci nous a permis de proposer une expression analytique instationnaire pour R12 à partir de laquelle nous avons obtenu un premier modèle de viscosité turbulente dépendant du temps. La description exponentielle instationnaire pour R12 nous a permis de proposer un second modèle. Ceci d'une part, et d'autre part nous avons introduit la condition entropique qui est une correction à la renverse appliquée à la viscosité turbulente. Ces données fondamentales pour la compréhension du phénomène nous ont permis d'établir un lien entre ces modèles et les modèles basés sur l'énergie cinétique de la turbulence. Les différentes simulations qui ont porté sur la majorité des cas étudiés nous ont aidé à tester les modèles de turbulence établis et à mettre en évidence l'avantage de la condition entropique. Les tests précédents donnent au second modèle, pour lequel les profils de turbulence ont une forme qui correspond aux fonds mobiles, une efficacité qui s'adapte à ce type de calculs. Enfin, nous avons montré comment ces calculs interviennent dans la prédiction du transport sédimentaire en zones côtières et comment le modèle devient plus accessible en pratique.

La surface de l'océan est un lieu d'échanges permanents entre l'océan et l'atmosphère, principalement au niveau des zones déferlantes. Ceci rend nécessaire l'étude de l'influence de l'état de mer, défini principalement par les propriétés du champ de vagues, et de la surface résultant de leur déferlement. Le but de cette thèse était de contribuer à mieux comprendre les processus aux interfaces en zone côtière, à mieux maîtriser les paramètres qui les régulent, et à introduire un modèle numérique de déferlement dans un modèle de vagues. Cette étude est essentiellement basée sur les résultats obtenus lors de deux campagnes effectuées en zone côtière Méditerranéenne (FETCH et EMMA). Il existe une relation spécifique entre les paramètres caractéristiques de vagues (hauteur significative et fréquence de pic) adimensionnelles selon le formalisme classique JONSWAP. L'étude des frottements à l'interface montre non seulement une influence de la vitesse de vent, mais aussi de l'âge de la vague. Les résultats sur les vagues et les frottements montrent un bon accord avec les modèles empiriques de la littérature. On a montré que la couverture moutonneuse dépend non seulement des paramètres météorologiques classiques (comme la vitesse du vent et la vitesse de frottement) mais aussi des paramètres océaniques (comme l'âge de la vague et l'énergie adimensionnelle). La vitesse de frottement représente bien les variations du déferlement en zone côtière quand elle est mesurée et non déduite de la vitesse du vent. De plus, pour l'ensemble des situations d'états de mer rencontrées les variations de la couverture moutonneuse sont bien représentées par l'âge de la vague. Enfin, un modèle numérique de vagues a été adapté à notre zone d'étude (à partir des précédents résultats) pour représenter la couverture moutonneuse dans la baie de Toulon-Hyères. A partir d'un forçage météorologique homogène spatialement et temporellement quelques situations expérimentales ont pu être modélisées
The ocean surface is a permanent location of exchanges between ocean and atmosphere, mostly in breaking area. This requires studies of sea state, defined by the wave field properties and the surface resulting of its breaking. The aim of this study was to understand the pro cesses occurring at the interface in coastal zone, to better understand the parameters that control them, and ta introduce a whitecap model in a wave numerical model. This work is essentially based on results obtained during two experimental campaigns that took place in NIediterranean coastal areas (FETCH and EMMA). The waves analysis conduct to determine a specific relation between non dimensional parameters (significant height and peak frequency) following the classical formalism JONSWAP. Study of wind stress at the interface presents an influence of wind speed and f wave age. Results on waves and wind stress show a reasonable agrement with models found n literature. We show that the whitecap coverage depends on classical meteorological parameters (such as wind speed and friction velocity) but also on oceanic parameters (such M wave ge and dimensionless energy). Friction velocity weil represents variations of breaking in coMtal zone when it is measured and not obtained from wind speed. The whole sea state events are better scale with wave age. Finally, a numerical wave model has been adapt to our experimental site (from precedents results) to represent whitecap coverage in the Toulon-Hyères area. From a spatially and temporally homogeneous wind input, a few experimental events has been modeled

L'objectif de cette thèse est d'approfondir la connaissance de l'aléa tsunami et des résonances côtières en France. Dans une première partie, nous avons exposé les différents éléments de modélisation des résonances et des tsunamis dans l'approximation en ondes longues et de Boussinesq avec la technique des différences finies. Tous ces éléments ont été comparés et validés lors de benchmarks. Un code résolvant les équations de la dynamique des fluides dans l'approximation de Boussinesq a été développé et validé. La seconde partie a consisté en un ensemble d'applications. Dans un premier temps, nous avons étudié différents événements qui se sont produits dans l'océan Pacifique. Une étude détaillée du tsunami généré par le séisme de Maule (Mw8. 8 28 février 2010) est faite en champ proche (au niveau de la côte chilienne) comme en champ lointain (sur des bouées au large comme en Polynésie française). Une comparaison des différentes sources disponibles a été effectuée. Nous en avons conclu qu'une source unitaire peut être suffisante pour reproduire les données en champ lointain. En champ proche, nous nous sommes intéressés au phénomène de résonances à grandes échelles. En utilisant les données provenant de différents instruments (marégraphiques, inclinométriques), nous avons mis en évidence le piègeage d'ondes de tsunami entre la fosse de subduction et la côte chilienne. Du fait des nombreuses sources de tsunami possible montrant des effets variés dans les différentes baies de la Polynésie française, une étude détaillée des modes de résonance de l'archipel des Marquises a été effectuée contenant une discussion sur la dépendance azimutale entre la position de la source et l'excitation des différentes résonances. Pour terminer, une discussion sur l'aléa tsunami en France métropolitaine a été effectuée. Suite à l'événement récent de Boumerdès-Zemmouri (2003), le risque tsunami sur la côte méditerranéenne est connu. L'étude d'événements supplémentaires permet de mieux contraindre le risque. Moins connu, le risque tsunami sur la côte Atlantique française a été étudié par la recherche d'enregistrements passés, afin de valider les simulations numériques effectuées concernant des sources du XXe siècle. Ces modélisations permettent ainsi d'avoir une première analyse de l'impact de tsunamis générés dans la zone Gibraltar--Açores sur les côtes françaises
The objective of this thesis is to improve the knowledge of tsunamis, hazard and coastal resonance in France. In the first part, we outlined the theory of free oscillations and tsunami modeling using long wave and Boussinesq approximations in a fmite difference code. All these elements have been compared and validated during benchmarks. We developed a numerical code solving the hydrodynamic equations in the Boussinesq approximation. The second part is a set of applications in the Pacific Ocean and along the French coast. We studied different events produced in the Pacific Ocean. A detailed study of the tsunami generated by the Maule earthquake (Mw 8. 8 February 28, 2010) is made in both in the near (at the Chilean coast) and far field (on DART and in French Polynesia). We compare the tsunami generated by different seismological sources of this event. We fmd that a simple source can reproduce the near-field observations. Along the Chilean coast, we study the large scale free oscillation generated by this event. Using data coming from different types of instrument (tide gauge, inclinometer), we demonstrate that these oscillations are generated by trapping waves between the trench and the coast. Because of various effects generated by tsunamis in the bays of French Polynesia depending on the earthquake location, a detailed study on resonance modes of the Marquesas was made containing a discussion of the dependence of the resonance on the azimuthal position of the source. Finally, a discussion of the tsunami hazard in metropolitan France was made. Due to a recent event (Boumerdès-Zemmouri, 2003), the tsunami risk on the Mediterranean coast is real. The study of additional events allows us to constrain better the risk. Less known the tsunami risk on the French Atlantic coast was investigated by seeking past records of tsunamis. We validated the numerical simulations performed for the sources of the XXth century, leading to the first analysis of the impacts of tsunamis generated in the area Gibraltar—Azores on the French Atlantic coast

Le littoral Casablanca-Moham média (Maroc), fortement anthropisé, avec une industrie portuaire, orientée en particulier vers les produits pétroliers, et des constructions d'ouvrages au cours de ces dernières années, une urbanisation du littoral et des fleuves côtiers. L'objecti1 est d'étudier l'incidence des processus naturels et anthropiques sur la dynamique sédimentaire actuelle de ce littoral. On utilise les mesures in situe de la granulomètrie, de la minéralogie, de la variation des profils de plages et l'analyse des photographies aériennes e des modèles numérique de la propagation de la houle à la côte, du mode de transport des sédiments et la simulation de l'évolution du trait de côte. Les résultats obtenus sont relatifs à l'impact des aménagements côtiers d'un point de vue hydrodynamique et à la localisation des secteurs soumis à l'érosion et des secteurs sujets à l'accrétion. L'étude portant sur les phénomènes de l'infiltration et de la fixation de polluants dans un milieu poreux constitué de sables de la baie de Mohammedia, a d'abord consisté à étudier en laboratoire, la perméabilité d'un polluant en fonction de la nature du sable. Les analyses réalisées en laboratoire ont permis de conclure que les sables fins retiennent le plus la matière organique et le carbone organique. La taille des grains joue un rôle important dans la fixation de polluants, plus la taille des grains augmente plus la perméabilité augmente ain; que la porosité et par conséquent, moins les sédiments retiennent de polluants. A partir de ces données, on constate que la granulomètrie des sédiments influe sur la fixation de polluants
The littoral Casablanca-Mohammedia (Morocco), strongly anthropized, with a harbour industry, directed in particular towards the petroleum products, and of constructions of works during these last years, an urbanization of the littoral and rivers coastal. The objective ; to study the incidence of the processes natural and anthropic on current sedimentary dynamics of this littoral. One uses measurements in locates granulometry, mineralogy, variation of the prof les of beaches and the analysis of the air photographs and models digital of the propagation of the swell at the coast, means of transport of the sediments and the simulation of the evolution of the feature of coast. The results obtained relate to the impact of coastal installations from a hydrodynamic point of view and to the localization of the sectors subjected to erosion and sectors prone to accretion. The study relating to One phenomena of the infiltration and the fixing of pollutants in a porous environment made up of sands of bay of Mohammedia, initially consisted in studying in laboratory, the permeability of a pollutant according to the nature of sand. The analyses carried out in laboratory made it possible to conclude that fine sands retain more the organic matter and organic carbon. The size of the grains plays an important part in the fixing of pollutants, plus the size of the grains increases more the permeability increases as well as porosity and consequently, less the sediments retain pollutants. From these data, one notes that the granulometry of the sediments influences the fixing of pollutants

L'objectif de ce travail est d'étudier expérimentalement et numériquement la propagation et le déferlement d'ondes de gravité. La première partie, expérimentale, propose des méthodes de calcul, basées sur les houles de Stokes, pour la mesure d'ondes partiellement stationnaires à partir d'instruments de type électromagnétique (S4) ou acoustique (ADV) donnant des mesures synchrones de vitesses et/ou de pression. Les influences du courant, de la direction de propagation, de la profondeur d'immersion des appareils ainsi que des effets non linéaires sont alors étudiés à partir de données en bassin et in situ. La deuxième partie, numérique, consiste en la validation d'une méthode de suivi de surface libre (SL-VOF : Semi-Lagrangian Volume Of Fluid), insérée dans un code de calcul industriel (Société Principia R&D). L'étude de la propagation et du déferlement du soliton est effectuée pour deux applications : sur une marche puis sur un fond de pente constante 1/15
The purpose of this work consists in studying experimentally and numerically the propagation and the breaking of gravity waves. In the first part, calculations, based on Stokes wave theory, are proposed for the measurement of partially standing wave from electromagnetic (S4) or acoustic (ADV) instruments giving velocities and/or pressure synchronous measurements. Influences of current, wave propagation direction, immersion depth of instrument and nonlinear effects are then studied for both laboratory and nearshore experiments. In the second part, an improved interface tracking algorithm (SL-VOF, Semi-Lagrangian Volume Of Fluid), inserted in an industrial code (EOLE, Principia R&D) is validated for gravity wave breaking in shallow water. Two applications are considered for the study of the shoaling and the breaking of a solitary wave: over a step (discontinuity of the bottom) and over a constant mild slope (1/15)

La préparation des données des modèles numériques est fastidieuse et prend beaucoup de temps. Les Systèmes d'information géographique (SIG) minimisent l'effort et améliorent l'efficacité des modèles numériques. De plus, les SIG présentent une plate forme de grande capacité de collecte, de gestion, de traitement, d'analyse, de modélisation et d'affichage de données géoréférencées. Ce travail de thèse propose une méthodologie basée sur deux approches conceptuelles qui ont été appliquées en matière d’aménagement littoral dans le cadre de développement durable dans le secteur d’Hardelot-Plage (Nord de France). Cette méthodologie associe à tous les niveaux les SIG.La première approche est consacrée à la mesure de l’évolution du trait de côte des dunes d’Ecault (Nord d’Hardelot-Plage), des dunes du Chevalier Sansot (Sud d’Hardelot-Plage) et des dunes de Camiers (rive nord de la Canche) pour la période s’étendant de 1946 à 2005. 292 transects perpendiculaires au trait de côte sont utilisés pour estimer l'érosion côtière et en déduire le taux de recul. La marge d'erreurs générée par la méthodologie proposée est de ± 10 m. L’estimation est affectée par des erreurs liées à la résolution du document de référence et aux images numérisées. D’une part les résultats obtenus montrent que le processus de recul de la ligne de rivage intéresse, d’une manière générale, l’ensemble du trait de côte des dunes d’Ecault et des dunes de Chevalier Sansot à des vitesses variant de 0 ,43 m/an pour atteindre 5,8 m/an sur la rive nord de l'estuaire de la Becque. Par contre la valeur moyenne d’avancée varie de 0,23 à 2,47 m/an. D'autre part, l’évolution du trait de côte des dunes de Camiers (estuaire de la Canche) était très importante avec une moyenne de recul de 8,45 m/an entre 1980 et 1983, alors que la moyenne d’avancée était de 14,36 m/an entre 1947 et 1955. La dernière observation, entre 2000 et 2005, a montré que la ligne de référence dans la zone d'étude a évolué positivement avec une moyenne allant de 1,1 à 4,66 m/an (86% des transects soit 250 transects). 13% des transects (soit 39 transects) n’ont pas changé en raison de l’enrochement construit le long de la plage. Cependant 1% des transects (soit 3 transects correspondant à la rive nord de l'estuaire de la Becque) ont présenté un recul de 1,06 m/an. La deuxième approche concerne la modélisation hydrogéologique littorale. La mise en place d’un SIG a permis de générer le jeu de données géographiques nécessaires aux modèles numériques. La modélisation hydrodynamique de la plage d’Hardelot (Pas-de-Calais, France) pose le problème de la saturation en eau quasi constante du sable de la plage et de son érosion sur la partie sud. Ce cas singulier est analysé en couplant un SIG (ArcGIS 9.3) avec un système de modélisation hydrogéologique (GMS 6.0) afin de développer une modélisation adaptée. Les résultats obtenus et plus particulièrement ceux issus de la modélisation hydrodynamique et hydrodispersive ont permis de confirmer que la saturation en eau observée dans la partie sud d’Hardelot est bien liée à la proximité de la nappe superficielle. L’aquifère des sables est en continuité hydraulique avec la nappe de la craie sous-jacente. De plus, ce secteur est caractérisé par la présence de lentilles de tourbe dont le comportement hydrophile explique la rétention d’eau de mer en surface dans les formations sableuses ainsi que la répartition complexe de l’interface eau douce -eau salée sur le littoral d’Hardelot. Les diverses simulations entreprises, associées à la réalisation de forages captant l’aquifère des sables ont permis de démontrer que le rabattement de la nappe de 0.5 m, permettant un assèchement de la plage, nécessiterait un pompage continu à un débit de 5 m3/h
Management of input data modeling is tedious and takes a long time. The Geographic Information System (GIS) minimize the effort and improve the efficiency of numerical models. As well as the GIS provides a platform to high capacity of collection, management, data processing, analysis, modeling and display of spatial information. This thesis proposes a methodology based on two conceptual approaches applied to coastal management in the context of sustainable development in the area of Hardelot-Plage (Northern France). This methodology has been implemented thanks to GIS.The first approach is dedicated to measuring shoreline change along Ecault dunes (North of Hardelot-Plage), Chevalier Sansot dunes (South of Hardelot-Plage) and Camiers dunes (Northern Canche estuary) over the course of 59 years (from 1946 to 2005). 292 transects perpendicular to the shoreline are used to estimate coastal erosion and to assess the retreat rate. The marginal error generated by our methodology is ±10m. It is resulting from the resolution of reference-document and scanned images. From one side, the results obtained show that the process of shoreline retreat has interested, in general, the entire coastline of Ecault and Chevalier Sansot dunes. The average of retreat varies from 0.43 m/yr to reach 5.8 m/yr on the north side of the Becque estuary, while the average value of advance ranges from 0.23 to 2.47 m/yr. For another side, the average shoreline evolution was very important along the Camiers dunes (Northern Canche estuary) with an average retreat reaching 8.45 m/yr between 1980 and 1983, while the average of advance reached 14.36 m/yr between 1947 and 1955. The last observations, between 2000 and 2005, showed that the shoreline in the study area was changing positively with an average ranging from 1.1 to 4.66 m/yr (86% of transects =250 transects); 13% of transects (39 transects) have not changed because of dike or rip-rap built along the beach. However 1% of transects (three transects corresponding to the Becque estuary) showed a retreat of 1.06 m /yr. The second approach concerns a hydrogeological modelling of the coastal aquifer. The implementation of GIS was essential to generate the geographic data needed for the numerical models. In our case the beach-dune system of Hardelot-Plage suffers from the lack of well developed foredune. This problem is linked to the almost constant water saturation of sand beach which is the potential source of dune nourishment. South of Hardelot, the coastline is slowly but constantly retreating. To remedy this situation, a coupling between a GIS (ArcGIS 9.3) and a Groundwater Modelling System (GMS 6.0) was adopted in order to find possible scenarios which could lower the piezometric surface in the concerned area and allow dune nourishment again. Hydrodynamic and hydrodispersive models have confirmed that the observed water saturation in the southern part of Hardelot beach is quite related to the proximity of the piezometric surface. The sand aquifer in this sector, which is in hydraulic continuity with the subjacent chalk aquifer, is intersected by peat lenses. The presence of peat would induce seawater restrain and would make it possible to mainly explain the complex distribution of freshwater and saltwater interface in this sector. Various simulations undertaken for realization of drillings in the sand aquifer made it possible to show that the lowering of water table of 0.5 m, which is needed to dry the beach sand would require a continuous pumping with a flow of 5 m3.h-1

Des prévisions de vagues précises sont essentielles pour de nombreuses communautés côtières, car elles contribuent à assurer la sécurité des opérations maritimes, la prévention des risques côtiers, ou encore les activités nautiques de loisir. Bien que des prévisions fiables existent aux échelles globales à régionales, les prévisions locales à haute résolution font souvent défaut en raison de leur coût de calcul élevés. Cependant, les récentes avancées en apprentissage automatique ont permis de développer plusieurs approches prometteuses permettant de réduire considérablement le temps de calcul des prévisions.Cette thèse étudie l'une de ces approches d'apprentissage automatique, nommée super-résolution, qui a déjà été employée avec succès pour accélérer les calculs dans le domaine de la mécanique des fluides.Le concept consiste à utiliser un modèle numérique sur un maillage de basse résolution, puis à convertir les résultats en une résolution plus élevée à l'aide d'un modèle d'apprentissage automatique entraîné, évitant ainsi de lourds calculs numériques en haute résolution. Ce travail analyse la faisabilité d'une approche de super-résolution appliquée aux prévisions de vagues en zone côtière. La première partie de cette thèse présente une étude conceptuelle de la méthode de super-résolution appliquée aux résultats d'un modèle spectral de vagues avec maillage structuré. Cette étude démontre qu'une telle approche peut accélérer les prévisions jusqu'à 50 fois par rapport à un calcul direct à haute résolution, avec une erreur négligeable devant celles habituellement observées pour le modèle. La deuxième partie de cette thèse étend la méthode aux maillages non structurés, analysant l'influence des conditions bathymétriques et des régimes énergétiques différents fournis par une simulation rétrospective des états de mer au large de la côte basque. Il est constaté que les réseaux de neurones en graphes et les régressions polynomiales sont deux approches prometteuses, la première étant plus adaptée à des champs de vagues très variables et la seconde à des contextes où le critère de rapidité est essentiel. Une troisième partie de la thèse est consacrée à l'application de la méthode aux spectres de vagues. Bien qu'il soit complexe d'évaluer le meilleur des quatre modèles testés, les résultats suggèrent que la super-résolution est capable de fournir des prédictions précises et rapides des spectres simulés à haute résolution en différents point distribués à travers la zone d'étude
Precise wave forecasts are essential for many coastal communities as they help ensuring safe maritime operations, mitigation of coastal hazards, and the enjoyment of marine recreation. While a reliable global forecast coverage does exist, local, high-resolution forecasts are often not available in many areas due to a significant computational demand. However, recent advances in machine learning have produced several promising approaches to drastically reduce forecast computation time.This thesis investigates one such machine learning approach called super-resolution, that was already successfully employed to speed up computations in fluid mechanics.The concept involves using a numerical model over a mesh with coarse resolution and then converting the results to a higher resolution using a trained machine learning model, thereby avoiding heavy computations in high resolution. This thesis examines the feasibility of the super-resolution approach for coastal wave forecasts. The first part of the thesis presents a proof-of-concept study on data-driven super-resolution using results from a spectral wave model over a structured grid. It demonstrates that this approach can accelerate forecasts by up to 50 times compared to a direct high-resolution computation, with a negligible loss in accuracy. The second part extends this method to unstructured meshes, analyzing the influence of bathymetry and wave energy conditions through a hindcast along the Basque coast. It is found that graph neural networks and polynomial regressions are promising approaches, where the former is suited for highly variable wave fields and the latter for scenarios where speed is paramount. A third part extends the application of super-resolution to wave spectra directly. Despite challenges in evaluating the best model among four tested options, the results suggest that data-driven super-resolution can provide accurate and fast predictions of spatially distributed wave spectra with an accuracy comparable to high-resolution wave model computations

Cette thèse constitue une contribution à la modélisation numérique diphasique du transport sédimentaire en milieux côtiers et estuariens. L'approche diphasique diffère de l'approche dite classique en résolvant des équations de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de transport pour l'énergie cinétique turbulente séparément pour chaque phase. Les interactions entre le fluide et les particules sont alors représentées par des termes de transfert entre les deux phases. Le travail présenté dans cette thèse porte essentiellement sur la modélisation de la turbulence dans les écoulements diphasiques fluide particule.

En terme de résultats, nous montrons que l'approche développée est capable de reproduire quantitativement les principaux processus mis en jeu dans le transport sédimentaire de particules non cohésives : la sédimentation et la dispersion turbulente des particules en milieu dilué. Le modèle développé confirme l'existence d'une différence de vitesse horizontale entre les particules et l'eau. Il simule les effets de dispersion des particules par le mouvement turbulent du fluide et l'atténuation de l'énergie cinétique turbulente du fluide due à la présence des particules. Une autre originalité de ce travail est de proposer un modèle diphasique à surface libre, bidimensionnel vertical, pour la simulation du transport sédimentaire. Nous avons identifié des lacunes entre les théories et les expériences notamment pour la simulation de la turbulence en écoulement dense. Nous proposons des solutions pour améliorer la simulation du comportement de matériaux cohésifs. Une tentative de simulation hydrosédimentaire sur l'estuaire de la Seine est présentée. Le phénomène de bouchon vaseux est qualitativement reproduit par le modèle sans qu'aucune loi d'érosion ou de dépôt ne soit imposée.

Dans le contexte de la montée des eaux associée au réchauffement climatique et d’une pression anthropique dans les zones côtières toujours plus forte, une bonne compréhension et modélisation du niveau d’eau total à la côte sont primordiales pour anticiper au mieux le risque côtier et déployer à temps des solutions efficaces. En particulier, l’action des vagues appelée jet de rive joue un rôle important le long des côtes exposées aux houles océaniques. Dans cette étude, nous avons étudié la dynamique du jet de rive dans une plage de poche urbanisée à forts enjeux car soumise aux aléas submersion. Cette étude s’appuie sur de la modélisation numérique à phase-résolue ainsi que des observations. Dans un premier temps, le modèle numérique est validé sur un jeu de données issu d’une expérience en canal à houle. Ensuite, le modèle est appliqué au cas réel de la Grande Plage de Biarritz, et est comparé à des mesures de pression pour les vagues et à des mesures vidéo-métriques pour le jet de rive. Ces applications démontrent les performances du modèle pour estimer le jet de rive, y compris dans un cas réel complexe comme celui de la Grande Plage. Ensuite, les résultats du modèle validé et les observations sont utilisés pour analyser les processus physiques observés à la Grande Plage. Il a tout d’abord été montré que la marée a un impact significatif sur le jet de rive. Á marée basse des conditions dissipatives sont observées où le jet de rive est dominé par les ondes infragravitaires en raison de la faible pente dans la zone de déferlement (2%). Á marée haute, la forte pente présente dans la fin de la zone subtidale et la zone supratidale génère des conditions plutôt réflectives avec une domination des ondes courtes du jet de rive. Cette variation du niveau d’eau a aussi poureffet de moduler la dissipation d’énergie associée aux ondes longues. Pour de faibles niveaux d’eau une dissipation de l’énergie de la bande infragravitaire croissante avec la fréquence est observée, suggérant une dissipation des ondes longues par déferlement. Á l’inverse, à marée haute la forte pente a pour effet de ne plus totalement dissiper l’énergie et un régime nodal estmis en place dû à la réflexion des ondes à la côte. Dans des conditions énergétiques, les vagues ont tendance à déferler en partie sur la pente douce qu’importe le niveau d’eau, réduisant la modulation tidale. Ces résultats montrent la complexité du comportement du jet de rive dans des configurations tridimensionnelles et le potentiel des modèles à phase-résolue pour capturer ces processus
Due to the ever growing anthropogenic pressure at the coast and the perspectives of sea levelrise, coastal hazards such as overtoping are more threatening than ever. In this context, accurateestimations of the wave contributions to the total water level (TWL) at the shoreline, namelythe run-up, are crucial for coastal engineers and those involved in coastal zone managementand engineering design. In this work, we propose to investigate wave run-up in an urban-ized embayed beach based on observations and phase-resolving numerical modeling. First, thephase-resolving model based on the Boussinesq equations BOSZ is validated against laboratoryLiDAR measurements to provide an extensive validation and sensitivity analysis. Then, themodel is applied to the real configuration of the Grande Plage of Biarritz, a complex urbanizedembayed beach. A data-set from a 3-day field campaign carried out in 2018 including pressuremeasurements and video-derived run-up data is utilized for the model validation. These ap-plications demonstrate that the model reproduces wave transformations and subsequent swashmotions reasonably well. The validated model results and observations are then used to investi-gate the swash motions, under varying conditions of waves and tide. Results show that the tidallevel played a key-role in the swash dynamics. At low tide, the conditions were dissipative andthe swash was dominated by the infragravity motions. At high tide reflective conditions wereobserved with a domination of the short-wave frequencies. These changes are explained by thedouble-slope profile where a low sloping area is found in the intertidal zone and a steep slope onthe foreshore. The tidal modulation also influenced the dissipation of infragravity waves, whichwere found to dissipate energy substantially at low tide through breaking, while at mid andhigh tide standing wave patterns, characteristic of shoreline reflection, were observed. Underenergetic conditions the influence of the tide was minimized as the large waves tended to breakon the low sloping portion, regardless of the tide. These results highlight the complexity of theswash behavior in 3D conf

Les littoraux sableux dominés par l'action des vagues sont des zones très dynamiques où l'aléa érosion menace les activités humaines et la sécurité des personnes. Comprendre et prévoir les évolutions du trait de côte est crucial pour informer et guider les gestionnaires du littoral. Actuellement, aucun modèle numérique ne permet de reproduire les évolutions du trait de côte sur l'ensemble des échelles spatio-temporelles et des configurations de côte requises du fait de limitations numériques et physiques. Cette thèse se concentre sur le développement de nouveaux outils de modélisation à complexité réduite pour simuler les évolutions du trait de côte le long des littoraux sableux dominés par l'action des vagues sur des échelles de temps allant de l'heure à plusieurs décennies avec des temps de calcul réduits. D'abord, un modèle statistique de trait de côte s'appuyant uniquement sur les occurrences saisonnières de régimes de temps est développé. Ce modèle permet de simuler la variabilité du trait de côte à l'échelle pluriannuelle, sans avoir besoin de connaitre les conditions de vagues ou de modéliser le transport sédimentaire. Puis, un nouveau modèle numérique de trait de côte basé sur les vagues (LX-Shore) est développé en intégrant entre autres les forces de certains modèles existants. Il inclut les processus cross-shore et longshore, et couple la dynamique du trait de côte à la propagation des vagues via le modèle spectral de vagues SWAN. Ce modèle permet de simuler l'évolution de formes complexes comme par exemple les flèches sableuses. Ces outils ouvrent aussi la voie vers une meilleure évaluation des évolutions futures du trait de côte, ainsi que de la contribution respective des processus impliqués
Wave-dominated sandy coasts are highly dynamic and populated systems increasingly threatened by erosion hazard. Understanding and predicting shoreline change is critical to inform and guide stakeholders. However, there is currently no numerical model able to reproduce and predict shoreline evolution over the full range of temporal scales and coastal geometries owing to numerical and physical limitations. This thesis focuses on the development of new reduced-complexity models to simulate shoreline change along wave-dominated sandy coasts on the timescales from hours to decades with low computation time. First, a statistical shoreline change model based on the seasonal occurrences of some oceanic basin weather regimes is developed. This model allows simulating shoreline variability at the seasonal and interannual scales, without resorting to wave data or sediment transport modeling. Second, a new so-called LX-Shore numerical wave-driven shoreline change model is developed, which takes the best from some existing models and includes additional numerical and physical developments. LX-Shore couples the primary longshore and cross-shore processes and includes the feedback of shoreline and bathymetric evolution on the wave field using a spectral wave model. LX-Shore successfully simulates the dynamics of coastal embayments or the formation of subsequent nonlinear evolution of complex shoreline features such as flying sandspits. It is anticipated that LX-Shore will provide new and quantitative insight into the respective contributions of the processes controlling shoreline change on real coasts for a wide range of wave climates and geological settings

La zone littorale concentre des enjeux socio-économiques et environnementaux majeurs. Pour comprendre la dynamique des systèmes associés et prévoir leurs évolutions, en particulier dans un contexte de forte pression anthropique et de changement climatique, il est nécessaire de s’appuyer sur des systèmes d’observation pérennes fournissant des données robustes. Par son emprise spatiale, la télédétection de la couleur de l’eau a démontré ces dernières années son fort potentiel pour l’observation du littoral et tend à devenir une composante centrale des systèmes d’observation. Néanmoins, les capteurs à très haute résolution spatiale (noté par la suite THRS), adaptés à l’observation petite échelle des processus physiques et bio-géochimiques qui caractérisent la dynamique de la zone littorale, présentent encore de fortes limitations nécessitant des développements techniques et scientifiques importants. Dans le cadre de cette thèse, je vais m’intéresser au problème des corrections atmosphériques. Ces dernières représentent une étape clé du traitement du signal en télédétection de la couleur de l’eau. Elles permettent d’extraire du signal total mesuré par un radiomètre embarqué sur une plateforme spatiale, le signal marin. Ce signal, qui ne représente qu’environ 10% du signal total, est ensuite utilisé pour mesurer, à partir de modèles d’inversion, des paramètres physiques et bio-géochimiques caractérisant les systèmes aquatiques marins et continentaux. Or, les méthodes de corrections atmosphériques développées pour les missions standards en couleur de l’océan sont le plus souvent inadaptées ou inopérantes pour les capteurs THRS du fait de caractéristiques instrumentales moins poussées (faible résolution spectrales et faible rapport signal sur bruit). Mon travail a été d’abord de développer une méthode de corrections atmosphériques innovante basée sur la construction d’un modèle aérosol local, le modèle ISAC. Ce modèle aérosol est le résultat de l’étude des variations des propriétés optiques et microphysiques des aérosols sur Arcachon, basée sur 4 années de données AERONET. Cette méthode a par la suite été appliquée sur des images Landsat 8 et les résultats obtenus ont été évalués avec d’autres méthodes standards de corrections atmosphériques. Puis, une comparaison avec des données terrain a permis de valider et de montrer les bonnes performances de la méthode. Enfin, les images corrigées avec la méthode ISAC ont été utilisées afin d’évaluer les performances d’un modèle d’inversion permettant d’extraire la bathymétrie
The coastal area accumulates major socio-economic and environmental issues. To understand the dynamics of the associated systems and predict their evolution, particularly in a context of strong human pressure and climate change, it is necessary to rely on long-termobservation systems providing robust data. By its spatial extent, ocean color remote sensing has demonstrated in recent years its strong potential for the observation of the coast and tends to become a central component of observation systems. However, very high resolution sensors (hereafter named THRS), suitable for small-scale observation of the physical and biogeochemical processes that characterize the dynamics of the coastal zone, still have strong limitations requiring important technical and scientific developments. As part of my PhD, I will focus on the atmospheric correction issues. The latter represent a key step of the signal processing in ocean color remote sensing. They are used to extract the marine signal from the total signal measured the sensor through an onboard radiometer. This signal, which only represents about 10% of the total signal, is used to measure, from inversion models, physical and biogeochemical parameters characterizing the marine and continental aquatic systems. However, atmospheric correction methods developed for ocean missions are often inadequate or ineffective for THRS sensors due to lower instrumental characteristics (low spectral resolution and low signal to noise ratio). My work was first to develop an innovative atmospheric correction method based on the elaboration of a local aerosol model, the ISAC model. This aerosol model is the result of the study of variations of the optical and microphysical properties of aerosol over Arcachon, based on four years of AERONET data. This method has later been applied to Landsat 8 images and the results were evaluated with other standard methods. Then, a comparison with field data was used to validate and demonstrate the good performance of the method. Finally, the ISAC’s corrected images were used used to evaluate the performance of an inversion model to extract bathymetry

Ce travail est consacré à l'étude théorique et numérique de modèles de type Saint-Venant. La première partie est consacrée à la dérivation formelle d'un nouveau modèle de Saint-Venant visqueux avec termes de friction et de tension de surface additionnels. Nous réalisons ensuite une analyse mathématique de ce modèle en montrant des résultats d'existence de solutions en un sens faible. \\ Dans la deuxième partie, nous développons un nouveau modèle numérique de type ``équilibre'' particulièrement adapté à la simulation de problème impliquant des mouvements de la ligne d'eau et de fortes variations de topographie, dans un contexte bi-dimensionnel. \\ La troisième partie est consacré à l'application de notre modèle numérique à quelques problèmes spécifiques à l'hydrodynamique littorale et c\^otière. En particulier, nous nous intéressons dans un premier temps à la simulation de la propagation en zone c\^otière d'ondes longues de type tsunami. Dans un deuxième temps nous étudions les interactions houle/courant dans la Zone de Surf Interne.

Ce projet présente un cadre d'analyse complet pour une digue en terre située en Camargue, en France, qui est régulièrement soumise à l'érosion sur la pente côté terre. L'objectif est d'améliorer la résilience de la digue en fournissant un modèle fiable de fréquence des dommages. Le système développé combine la théorie des copules, la propagation empirique des vagues et les équations de débordement, ainsi qu'une analyse de sensibilité globale pour fournir la période de retour des dommages par érosion sur une digue donnée et des recommandations pour le renforcement de la digue et l'amélioration du modèle. L'analyse de sensibilité globale nécessite de faire varier les paramètres d'entrées un grand nombre de fois et de calculer les grandeurs de sortie pour chaque nouvelle combinaison. Cela permet d'obtenir une distribution des périodes de retour et une approche plus générale du comportement de la digue. La distribution résultante montre un maximum autour de deux ans, ce qui est proche des observations rapportées. Cependant, la distribution étant asymétrique, la valeur moyenne est moins fiable en tant que mesure de la sécurité de la digue. Les résultats de l'analyse de sensibilité globale montrent qu'aucune catégorie particulière de caractéristiques de la digue ne contribue significativement plus à l'incertitude du système. Les facteurs les plus importants sont la hauteur de la digue, la vitesse critique et le coefficient de rugosité de la pente côté mer. Ces résultats soulignent l'importance d'une bonne caractérisation de la digue pour améliorer la prévisibilité des estimations de période de retour. Les périodes de retour obtenues ont été confirmées par des observations in situ actuelles, mais l'incertitude augmente pour les événements les plus graves en raison du manque de données à long terme. Certaines améliorations du système ont été explorées pour une utilisation future
This study presents a comprehensive analysis framework for an earthen dyke located in Camargue, France, which is regularly subjected to erosion on the landward slope. The aim of the study is to improve the resilience of the dyke by providing a reliable model of damage frequency. To achieve this, we developed a system that combines copula theory, empirical wave propagation, and overtopping equations, as well as a global sensitivity analysis. The system provides the return period of erosion damage on a set dyke and recommendations for dyke reinforcement and model self-improvement. The global sensitivity analysis requires calculating a high number of return periods over random observations of the tested parameters. This provides a distribution of the return periods and a more general approach to the behavior of the dyke. The results show a return period peak around the two-year mark, which is close to reported observations. However, the distribution is skewed, and the mean value is less reliable as a measure of dyke safety. The global sensitivity analysis results show that no particular category of dyke features contributes significantly more to the uncertainty of the system. The highest contributing factors are the dyke height, the critical velocity, and the coefficient of seaward slope roughness. These results underline the importance of good dyke characterization to improve the predictability of return period estimations. The obtained return periods have been confirmed by current in-situ observations, but the uncertainty increases for the most severe events due to the lack of long-term data. Some improvements to the system have been explored for future use

Ce travail a été mené afin d’améliorer notre compréhension de la dynamique hydro-sédimentaire de l’avant-côte en régime macrotidal en adoptant une approche reposant sur des mesures hydrodynamiques in situ et la modélisation des transports sédimentaires, au large des plages macrotidales de la Côte d’Opale, en Mer du Nord, dans le Nord de la France. Trois sites assujettis à une influence significative du vent ont été réalisées à des profondeurs variant entre approximativement 5 et 10 m et montrant des tendances évolutives différentes (érosion, accrétion, stabilité). Des mesures hydrodynamiques (niveaux d’eau, houles, courants longitudinaux et transversaux) couplées à des mesures du vent, et de nombreux prélèvements de sédiments de fond. Les données obtenues lors de ces campagnes de mesures ont permis de réaliser des simulations de la dynamique sédimentaire dans les petits fonds à l’aide du modèle Sedtrans96 (Li et Amos, 2001) qui permet d’évaluer les flux sédimentaires sous l’influence combinée des vagues et des courants. Par ailleurs, les modèles de Yalin (1963) et de Grant et Madsen (1986) ont été utilisés pour étudier les cisaillements et l’entraînement des sédiments sur le fond. Ces résultats ont été comparés avec les vecteurs de transport sédimentaire potentiel simulés par le modèle de Gao et Collins (1992). Les résultats obtenus montrent que la circulation hydrosédimentaire est principalement longitudinale, en raison de l’action des deux phases longitudinales prépondérantes de la marée liées aux courants du flot et du jusant. Ils montrent en outre une variabilité spatiale concernant l’asymétrie entre ces deux phases longitudinales des courants due au forçage météo-marins mais aussi à des phénomènes locaux comme la complexité de la bathymétrie qui pourrait, par résonance, affecter l’onde de la marée et la distribution des vecteurs de l’ellipse des courants. En ce qui concerne la dynamique hydro-sédimentaire transversale, notre étude a montré que les mouvements sédimentaires transversaux ne se produisent que pendant la renverse des courants et ce, en raison de la faiblesse des courants de renverse et à des moments où l’action du vent et des vagues pourrait favoriser les apports sédimentaires vers la côte. Mais cette dynamique transversale implique aussi une évacuation des sédiments vers le large sous l’action de courants de compensation et de vague d’infragravité (entre0,03 et 0,003 Hz). Toutefois, l’obliquité de l’axe majeur de l’ellipse des courants par rapport à l’orientation du trait de côte pourrait aussi générer des écoulements transversaux sur l’avant-côte. Il convient toutefois de noter que les forts courants longitudinaux liés à la marée et parfois accentués par le forçage météorologique, constituent un « obstacle » longitudinal limitant les transports sédimentaires transversaux. Ceci est confirmé par la morphologie de l’avant-côte où les bancs sont régis d’une dynamique notamment longitudinale avec un faible déplacement en direction de la côte onshore
Three field campaigns were carried out in the nearshore zone of the Opal Coast, Southern North Sea, with the aim of improving our understanding of the hydrodynamics and sediment transport patterns prevailing on a macrotidal shoreface subject to significant wind influence. Three field sites, respectively subject to erosion, accretion and stability, were chosen and hydrodynamic conditions (water levels, waves, longshore and cross-shore currents) were monitored at depths ranging from 5 to 10 m together with bed sediment sampling under various wind forcing conditions. Simulation of sediment transport was carried out using the semi-quantitative grain-size vector model of Gao and Collins (1992) and the Sedtrans96 model of Li and Amos (2001). The models of Yalin (1963) and Grant and Madsen (1986) were used to calculate bed shear stress and sediment entrainment. The results highlight an essentially longshore sediment circulation system hinged on the regional bi-directional flood-ebb tidal pattern. Superimposed on this system is a spatially and temporally variable asymmetry pattern due to wind and wind-wave forcing and to the local bathymetry which is dominated by a complex system of tidal banks and ridges. The local bathymetry probably induces resonance phenomena that affect the tidal wave and tidal ellipse vectors. Cross-shore sediment transport processes only occur during tidal reversal phases, when negligible tidal current velocities give way to wind-forced currents and wave action favourable to onshore transport, qith offshore transport induced by bed return flows and infragravity waves (between 0,03 and 0,003 Hz). However, the obliquity of the major axis of the tidal ellipse relative to shoreline orientation may also generate cross-shore flows across the shoreface. It is important to note that the strong longshore tidal currents, sometimes reinforced by wind forcing, may annul cross-shore sediment transport. This is highlighted by the longshore morphology of the shoreface tidal ridges which appear to be subject to little onshore movement

Cette thèse porte sur la détermination des caractéristiques de la houle à la côte. Les études réalisées s'intéressent aux phénomènes de réfraction et diffraction de la houle, à la reflexion sur un ouvrage ainsi qu'à la transmission au-dessus d'une structure immergée. Un code de calcul numérique de propagation de la houle est développé sur le principe des limitations angulaires. L'ajout dans les équations d'un paramètre de diffraction facilite la prise en compte de cet effet. Une étude expérimentale sur le comportement de la surface libre de la houle au passage d'un haut-fond a aussi été réalisée. Elle met en évident la compétition entre les effets de réfraction et de diffraction, et montre que les crêtes d'une houle monochromatique ne croisent pas mais tendent plutôt à se déphaser quand le haut-fond est immergé. Conjointement, des travaux de recherche fondamentale sur l'extraction de l'énergie des vagues ont conduit à des essais en canal en houle régulière, afin de caractériser expérimentalement l'action des forces de pression résultant des effets de Longuet-Higgins lorsqu'une houle se réfléchit sur un ouvrage. Suie à ces essais, on entrevoit la mise au point d'un nouveau système de récupération de l'énergie de la houle. Le calcul de son rendement énergétique est effectué en houle irrégulière, et une estimation de la production énergétique est faite pour un cas d'implantation sur site réel. Enfin, un récif artificiel en géotextiles immergés est dimensionné et testé en canal pour deux projets industriels, afin d'en évaluer les coefficients de transmission.

Cette thèse porte sur la détermination des caractéristiques de la houle à la côte. Les études réalisées s'intéressent aux phénomènes de réfraction et diffraction de la houle, à la reflexion sur un ouvrage ainsi qu'à la transmission au-dessus d'une structure immergée. Un code de calcul numérique de propagation de la houle est développé sur le principe des limitations angulaires. L'ajout dans les équations d'un paramètre de diffraction facilite la prise en compte de cet effet. Une étude expérimentale sur le comportement de la surface libre de la houle au passage d'un haut-fond a aussi été réalisée. Elle met en évident la compétition entre les effets de réfraction et de diffraction, et montre que les crêtes d'une houle monochromatique ne croisent pas mais tendent plutôt à se déphaser quand le haut-fond est immergé. Conjointement, des travaux de recherche fondamentale sur l'extraction de l'énergie des vagues ont conduit à des essais en canal en houle régulière, afin de caractériser expérimentalement l'action des forces de pression résultant des effets de Longuet-Higgins lorsqu'une houle se réfléchit sur un ouvrage. Suie à ces essais, on entrevoit la mise au point d'un nouveau système de récupération de l'énergie de la houle. Le calcul de son rendement énergétique est effectué en houle irrégulière, et une estimation de la production énergétique est faite pour un cas d'implantation sur site réel. Enfin, un récif artificiel en géotextiles immergés est dimensionné et testé en canal pour deux projets industriels, afin d'en évaluer les coefficients de transmission
This thesis treats about the determination of the waves characteristics on coastal areas. The studies deal especially with the phenomenon of wave refraction and diffraction, reflection on marine works, and transmission above a submerged structure. A numerical calculation code of the wave propagation is developed on the curvilinear coordinates principle formed by the rays and the crests. It allows following wave propagation without any angle limitation. Addition of a diffraction parameter inside the equations facilitates the consideration of this effect. An experimental study on the waves' free surface behaviour propagating over a shoal was also carried out. It enabled to show the competition between refraction and diffraction effects and reveals that the crests of a monochromatic wave do not cross, but tend to diphase, since the shoal is submerged. Jointly, fundamental research works on tapping waves' energy leaded to undertake wave flume tests in regular waves, in the purpose of experimentally characterising pressure stresses resulting from Longuet-Higgins's oscillator effects when a wave is reflected by a marine works. Following these tests, we can foresee the construction of a new wave energy recovery system. Its efficiency is calculated for irregular waves, and an estimation of the energetic production is done for the case of an implementation on a real site. At last, an artificial submerged reef composed by geotextile bags is dimensioned and tested in wave flume for two industrial projects in order to evaluate the transmission coefficients

L’objectif de cette thèse est la détermination des causes du phénomène d'érosion marine, et la production de propositions d'orientation pour la protection de la plage de l’Almanarre. L'étude commence par la collecte et l'analyse de toutes les données disponibles, pour trouver des règles d’évolution du tombolo de Giens. Puis, le logiciel de modélisation MIKE a été appliqué pour confirmer l'hypothèse et à obtenir une meilleure connaissance de la dynamique à l’œuvre au tombolo Ouest. Ensuite, nous avons couplé des facteurs simultanément : les houles, les courants côtiers, et les transports des sédiments pour les différents régimes de houle et de vent dans MIKE 21. Enfin, la possibilité de stabiliser le tombolo Ouest est discutée pour donner des suggestions sur les choix de solutions adaptées
The objective of this thesis is the determination of the causes of sea erosion phenomenon, and the production of policy proposals for the protection of the beach. The study begins with the collection and analysis of all available data, to find evolution rules of tombolo of Giens. Which aims to explain how the hydrodynamic processes and sediment transport occur. Then MIKE modeling software was applied to confirm the hypothesis and get a better understanding of the dynamics at work in the Western tombolo. Then, we coupled factors simultaneously: waves, coastal currents and sediment transport for different regimes of wave and wind in MIKE 21. Finally, the possibility of stabilizing the Western tombolo is discussed to give suggestions on the choice of solutions

Cette thèse traite de la morphodynamique pluri-décennale des environnements sableux soumis à l’action combinée des courants de marée et des vagues. Dans ces travaux, une approche de modélisation numérique basée sur les processus hydro-sédimentaires est utilisée, celle-ci étant combinée à des données collectées au sein du laboratoire LIENSs au cours de ces dernières années sur différents sites ateliers (i.e. données bathymétriques, hydrodynamiques, et sismiques). Afin de réaliser des simulations morphodynamiques de ce type d’environnement côtier, deux principaux développements ont été apportés au modèle : (1) la prise en compte de l’hétérogénéité granulométrique du sédiment, et (2) le calcul de l’évolution du fond suivant un schéma numérique basé sur le formalisme WENO et adapté à un maillage de type non-structuré. La première application du système de modélisation a concerné l'évolution rétrospective du banc de sable estuarien de la Longe de Boyard, situé en baie de Marennes-Oléron, sur la période 1960 à 2000. Les résultats de ce travail ont tout d'abord montré qu'en dépit de la morphologie globale du banc indiquant une dominance de la marée, la contribution des vagues était essentielle pour expliquer son évolution pluri-décennale. La rythmicité de l’accrétion sédimentaire observée et simulée dans la partie sud du banc a ensuite pu être analysée d'un point de vue stratigraphique, grâce à la prise en compte de l'hétérogénéité granulométrique du sédiment dans le modèle. Le lien entre la rythmicité des variations granulométriques du sédiment dans cette zone et la saisonnalité du climat de vagues a ainsi été mis en évidence. La seconde application du système de modélisation a concerné l’évolution de la flèche sableuse d'Arçay, située sur le littoral vendéen. Les résultats de simulation morphodynamique suggèrent que l’évolution de cette flèche, principalement contrôlée par les vagues, présente un comportement combinant allo-cyclicité et auto-cyclicité
This work considers the pluri-decadal morphodynamic modeling of sandy coastal environments subjected to tides and waves. A process-based numerical model is used, together with a collection of field data from the LIENSs laboratory (i.e. bathymetric, hydrodynamic, and seismic data). To simulate the morphodynamic of these environments, two main numerical developments have been added to the model : (1) the sediment heterogeneity, and (2) the bed evolution computation following a WENO-based scheme adapted to unstructured grids. The first model application concerns the 40-year hindcast (period 1960 to 2000) of a wide estuary mouth sandbank located in the Marennes-Oléron bay : the Longe de Boyard sandbank. Numerical results suggest that this sandbank long-term evolution is strongly controlled by waves, in spite of its global tide-dominated morphology. Rhythmic nature of sediment accretion, which is observed and modeled in the south part of the bank, was then analyzed from a stratigraphic point of view thanks to the integration of sediment heterogeneity into the model. Grain size rhythmic variations in this area appeared to be related to local wave climate seasonality. The second model application considers the Arçay sandspit evolution (Vendée coast). Morphodynamic results suggest that this sandspit evolution, mainly controlled by waves, is characterized by a combination of both autogenic and external-influenced behaviors

Les services récréatifs fournis par le patrimoine naturel sont fortement hétérogènes et, le plus souvent, non marchands. Pourtant la connaissance des préférences des visiteurs et de la valeur qu'ils attribuent à ces services est uine information cruciale pour le gestionnaire comme pour le décideur public. Cette thèse vise à contribuer au débat sur l'évaluation économique de la demande de loisir dans un environnement multidimensionnel. Elle examine les apports des méthodes multi-attributs issues de l'approche de Lancaster et plus précisément de la Méthode Multi-Programmes (MP) et de la Méthode des Choix Multi-Attributs (MCMA). Ces approches, relativement récentes, visent à décomposer le service récréatif en différents attributs afin d'examiner les conséquences de changement multidimensionnels dans leur fourniture et d'indentifier les arbitrages réalisés par les visiteurs entre les attributs. Nous proposons leur application aux "Plans Plages" girondins, sites littoraux offrant un accès à l'océan, à la plage et à la forêt. Une enquête a été réalisée auprès d'un échantillon de touristes et de résidents (permanents et secondaires) durant l'été 2006. La MP vise à tester l'existence d'un éventuel "effet de substitution" entre les programmes de maintien de la qualité récréative sur les espaces. Elle débouche également sur le calcul des Consentements-A-Payer des visiteurs. La MCMA appliquée au seul espace forestier, permet d'identifier les attributs du service récréatif ayant une influence dans le choix de visite. Au final, ces approches soulèvent plusieurs questions quant à la formulation des choix individuels et leur prise en compte dans le processus d'évaluation
Recreational services provided by the natural environment are hightly heterogenous and most of them are non market. For management and policy making purpose however, it is useful to fully appreciate preferences for forests attributes and give a monetary value for outdoor recreation. This study aims at contributing to the debate on the economic value of outdoor recreation demand in multidimensional contexts. It exemines the contributions of multi-attribute methods that come from Lancaster's characteristicss approach. More precisely, we focus on the Multiple Programmes Contingent Valuation Method (MPCVM) and on Choise Experiments (CE). These relatively new approaches aim at differentiating recreaction by relevant attributes in order to examine the consequences of multidimensional changes in their provision and to identify visitor's trade'offs between attributes. We propose here an application to Stated-owned coastal sites in the Gironde area (Southwest France), where three adjoining wilderness areas (the ocean, the sand and the forest) form one sole site. A survey was conducted in summer 2006 on tourists and main and secondary residents. The MPCVM studies any "substitution effect" the may be between the programmes (recreational quality of natural areas). It also allows for the calculation of visitors' Willingness-To-Pay. The CE is applied to forest recreation. It identifies the relative influence of an attribute on visit choice. Finally, these methods raise several questions about the formulation of individual choices and about the inclusion of these choices in the valuation process

Dans cette thèse, nous considérons le problème d'Euler surface libre sur un domaine à fond non plat, dans le cadre du régime d'ondes longues de faible amplitude. L'objectif est de construire, justifier et comparer de nouveaux modèles asymptotiques pour ce problème, permettant de prendre en compte les effets liés aux variations bathymétriques. En premier lieu, nous construisons rigoureusement deux classes de modèles de Boussinesq symétriques dans le cadre de deux régimes topographiques distincts, celui de faible variations bathymétriques et celui de fortes variations. Dans un second temps, nous retrouvons et discutons dans le cas de faibles variations topographiques l'approximation classique de Korteweg-de Vries, et proposons une nouvelle approximation via l'ajout de termes bathymétriques. Dans une troisième partie, ces deux modèles, ainsi que les modèles de Boussinesq construits dans la première partie, sont simulés numériquement et comparés sur des cas tests de topographie. Enfin, il est présenté une étude numérique des équations de Green-Naghdi, dont le domaine de validité physique est plus étendu, ainsi qu'une comparaison numérique de ce modèle avec les modèles précédents sur des bathymétries spécifiques.

Les systèmes actuels de base de données géodécisionnels (GeoBI) ne tiennent généralement pas compte de l'incertitude liée à l'imprécision et le flou des objets; ils supposent que les objets ont une sémantique, une géométrie et une temporalité bien définies et précises. Un exemple de cela est la représentation des zones à risque par des polygones avec des limites bien définies. Ces polygones sont créés en utilisant des agrégations d'un ensemble d'unités spatiales définies sur soit des intérêts des organismes responsables ou les divisions de recensement national. Malgré la variation spatio-temporelle des multiples critères impliqués dans l’analyse du risque, chaque polygone a une valeur unique de risque attribué de façon homogène sur l'étendue du territoire. En réalité, la valeur du risque change progressivement d'un polygone à l'autre. Le passage d'une zone à l'autre n'est donc pas bien représenté avec les modèles d’objets bien définis (crisp). Cette thèse propose des concepts fondamentaux pour le développement d'une approche combinant le paradigme GeoBI et le concept flou de considérer la présence de l’incertitude spatiale dans la représentation des zones à risque. En fin de compte, nous supposons cela devrait améliorer l’analyse du risque. Pour ce faire, un cadre conceptuel est développé pour créer un model conceptuel d’une base de donnée multidimensionnelle avec une application pour l’analyse du risque d’érosion côtier. Ensuite, une approche de la représentation des risques fondée sur la logique floue est développée pour traiter l'incertitude spatiale inhérente liée à l'imprécision et le flou des objets. Pour cela, les fonctions d'appartenance floues sont définies en basant sur l’indice de vulnérabilité qui est un composant important du risque. Au lieu de déterminer les limites bien définies entre les zones à risque, l'approche proposée permet une transition en douceur d'une zone à une autre. Les valeurs d'appartenance de plusieurs indicateurs sont ensuite agrégées basées sur la formule des risques et les règles SI-ALORS de la logique floue pour représenter les zones à risque. Ensuite, les éléments clés d'un cube de données spatiales floues sont formalisés en combinant la théorie des ensembles flous et le paradigme de GeoBI. En plus, certains opérateurs d'agrégation spatiale floue sont présentés. En résumé, la principale contribution de cette thèse se réfère de la combinaison de la théorie des ensembles flous et le paradigme de GeoBI. Cela permet l’extraction de connaissances plus compréhensibles et appropriées avec le raisonnement humain à partir de données spatiales et non-spatiales. Pour ce faire, un cadre conceptuel a été proposé sur la base de paradigme GéoBI afin de développer un cube de données spatiale floue dans le system de Spatial Online Analytical Processing (SOLAP) pour évaluer le risque de l'érosion côtière. Cela nécessite d'abord d'élaborer un cadre pour concevoir le modèle conceptuel basé sur les paramètres de risque, d'autre part, de mettre en œuvre l’objet spatial flou dans une base de données spatiales multidimensionnelle, puis l'agrégation des objets spatiaux flous pour envisager à la représentation multi-échelle des zones à risque. Pour valider l'approche proposée, elle est appliquée à la région Perce (Est du Québec, Canada) comme une étude de cas.
Current Geospatial Business Intelligence (GeoBI) systems typically do not take into account the uncertainty related to vagueness and fuzziness of objects; they assume that the objects have well-defined and exact semantics, geometry, and temporality. Representation of fuzzy zones by polygons with well-defined boundaries is an example of such approximation. This thesis uses an application in Coastal Erosion Risk Analysis (CERA) to illustrate the problems. CERA polygons are created using aggregations of a set of spatial units defined by either the stakeholders’ interests or national census divisions. Despite spatiotemporal variation of the multiple criteria involved in estimating the extent of coastal erosion risk, each polygon typically has a unique value of risk attributed homogeneously across its spatial extent. In reality, risk value changes gradually within polygons and when going from one polygon to another. Therefore, the transition from one zone to another is not properly represented with crisp object models. The main objective of the present thesis is to develop a new approach combining GeoBI paradigm and fuzzy concept to consider the presence of the spatial uncertainty in the representation of risk zones. Ultimately, we assume this should improve coastal erosion risk assessment. To do so, a comprehensive GeoBI-based conceptual framework is developed with an application for Coastal Erosion Risk Assessment (CERA). Then, a fuzzy-based risk representation approach is developed to handle the inherent spatial uncertainty related to vagueness and fuzziness of objects. Fuzzy membership functions are defined by an expert-based vulnerability index. Instead of determining well-defined boundaries between risk zones, the proposed approach permits a smooth transition from one zone to another. The membership values of multiple indicators (e.g. slop and elevation of region under study, infrastructures, houses, hydrology network and so on) are then aggregated based on risk formula and Fuzzy IF-THEN rules to represent risk zones. Also, the key elements of a fuzzy spatial datacube are formally defined by combining fuzzy set theory and GeoBI paradigm. In this regard, some operators of fuzzy spatial aggregation are also formally defined. The main contribution of this study is combining fuzzy set theory and GeoBI. This makes spatial knowledge discovery more understandable with human reasoning and perception. Hence, an analytical conceptual framework was proposed based on GeoBI paradigm to develop a fuzzy spatial datacube within Spatial Online Analytical Processing (SOLAP) to assess coastal erosion risk. This necessitates developing a framework to design a conceptual model based on risk parameters, implementing fuzzy spatial objects in a spatial multi-dimensional database, and aggregating fuzzy spatial objects to deal with multi-scale representation of risk zones. To validate the proposed approach, it is applied to Perce region (Eastern Quebec, Canada) as a case study.

En se basant sur un niveau océanique constant, les études des nappes côtières ne considèrent généralement pas l'impact des forçages océaniques. Notre approche combine le suivi à long terme de la « Nappe des Sables » de l'Ermitage (en arrière d'un récif frangeant, La Réunion) avec la réalisation de modèles numériques dans le but de tester l'influence des de ces forçages sur l'évolution de la piézométrie, du front dispersif et des flux transitant le long de la limite océanique. En mettant en parallèle le comportement de la nappe et du domaine océanique (récif), ces travaux présentent l'étude comparative la plus complète d'un système côtier, basée sur un enregistrement en continu d'environ 600 jours. Il apparaît que la géométrie du modèle et les paramètres hydrodynamiques choisis, associés à différents types de forçages océaniques, ont des conséquences variables sur la piézométrie, le front dispersif et les flux. Ainsi, les différentes définitions de limite océanique testées sur des simulations reproduisant la période de suivi montrent que la prise en compte d'une limite océanique complexe en régime transitoire sur cette période génère une meilleure reproductibilité des signaux enregistrés (piézométriques et salinité) que lorsque l'on utilise un niveau océanique moyen constant dans les modèles. Ces résultats mettent en évidence qu'une bonne compréhension des mécanismes hydrodynamiques au sein des nappes côtières implique la mise en place d'un suivi à long terme des phénomènes de forçage océanique qui agissent directement sur la nappe. La caractérisation des différents forçages océaniques nécessite de décomposer le signal global, dont l'analyse en harmonique permet d'identifier les contributions respectives des oscillations périodiques et homogènes de marée et des oscillations brusques et ponctuelles liées à la houle. La modélisation met ici en évidence qu'il est indispensable que la complexité du système naturel soit reproduite de manière réaliste dans les futures études des nappes côtières. Dans cette optique, la combinaison des données hydrogéologiques et océanographiques dans des environnements côtiers où ces approches n'ont, jusqu'à présent, jamais été couplées, permettra de quantifier l'impact des forçages océaniques sur ces milieux
Studies of coastal aquifers based on a constant mean sea level generally not consider the impact of oceanic oscillations. Our approach combines a long-term recording of “La Nappe des Sables” (adjacent to the fringing reef system of l'Ermitage, La Reunion) with numerical models in order to investigate the influence of these oceanic seasonal oscillations on groundwater hydrodynamics, seawater intrusions and submarine groundwater discharges. Analyzing both the behavior of the aquifer and the oceanic domain (reef), this study integrates a continuous recording of 600 days. It shows that the geometry and the hydrodynamic parameters chosen in the model, correlated to three types of oceanic oscillations, have variable consequences on the hydraulic head, the dispersive front and submarine groundwater discharges. Moreover, taking into account different complex oceanic boundaries in transient simulations over this 600 days period generates a better reproducibility of recorded signals (hydraulic head and salinity). These results underline that a long-term recording of oceanic oscillations is necessary for a good understanding of hydrodynamic mechanisms within coastal aquifers. The global signal must be decomposed with a harmonic analysis in order to identify the respective contributions of wave set up and tidal pumping to this signal. Our models reveal that the complexity of the natural system must be accounted for realistically in future numerical studies. The combination of hydrogeological and oceanographical data will allow the quantification of the impact of oceanic seasonal oscillations on such environments

Les côtes girondines, dans le Sud-Ouest de la France, sont façonnées par les conditions océaniques. Les plages de sables y présentent des dangers tels que les courants d'arrachement et les vagues de bord. Ces phénomènes sont la cause de noyades et de traumatismes potentiellement graves, nécessitant des dispositifs de surveillance et de secours.Les objectifs de cette thèse étaient d'enrichir les connaissances utiles à l'intervention sur les noyades et traumatismes liés aux vagues selon plusieurs axes : en décrivant la population des victimes, en modélisant les risques et en déterminant les actions nécessaires à leur prévention.Dans un premier temps, les caractéristiques démographiques et la gravité des noyades et des traumatismes ont été décrites. En analysant les appels au Service d'Aide Médicale d'Urgence de la Gironde, 652 noyades et 814 traumatismes ont été recensés. À partir de ces données et en intégrant les observations météorologiques, un modèle de prévision du risque de noyade sur le littoral océanique girondin a été créé. Il a été ensuite validé, sur les données météorologiques prévisionnelles. Le risque de noyade liée aux courants d'arrachement peut ainsi être anticipé trois jours à l'avance. Les risques de traumatismes liés aux vagues de bord ont également fait l'objet de modélisation.Un cadre théorique de modélisation de l'histoire naturelle de la noyade à l'aide d'un processus de Markov à temps continu a été proposé. Il a permis, entre autre, de quantifier l'impact théorique d'une réduction du délai des secours sur la gravité des noyades. Une réduction du délai de médian des secours de 15 à 10 minutes permettrait une diminution de moitié des cas de noyade graves.Enfin, l'utilisation des prévisions du risque dans une action de prévention a été discuté à partir de concepts issus d'une revue de la littérature. Ces travaux permettront de mettre en place et d'évaluer une action de prévention de la traumatologie océane en Gironde
The Gironde coasts in southwestern France are shaped by ocean conditions. Sandy beaches are exposed to high-energy waves which create hazardous conditions with shore-break waves and rip currents. These phenomena cause drownings and potentially serious injuries, requiring patrolling and rescue means.The aims of this work were to study wave-related drownings and injuries (i.e. surf zone injuries, SZI) in several ways: by describing the population of victims, modelling the risks and identifying the actions needed to prevent them.First, the demographic characteristics and severity of SZI were described. By analysing calls to the Gironde Emergency Medical Aid Service, 652 drownings and 814 traumas were recorded. From these data and using meteorological data, a model was created to predict the risk of drowning on the Gironde surf coast. It was then validated, based on the weather forecasts. The risk of drowning due to rip-currents can thus be anticipated three days in advance. The risks factors of shorebreak related injury were also studied.A theoretical framework to describe the timeline of drowning, using a continuous Markov process, was proposed. It allowed, among other things, to simulate the theoretical impact of a reduction in rescue time on the severity of drownings. Shortening the median rescue time from 15 to 10 minutes would reduce severe drowning cases by half.Finally, the use of risk predictions in prevention action was discussed on the basis of concepts from a literature review. This work will make it possible to set up and evaluate an action to prevent SZI in Gironde

Cette thèse présente la première étude complète de la dynamique des vagues, des courants moyens induits et des barres sableuses sur les plages d'Aquitaine. La démarche suivie repose sur la modélisation des processus physiques, en interaction avec l'imagerie satellite et aérienne, les observations sur le terrain, ainsi que le traitement et l'analyse in-situ. Du 12 au 19 Octobre 2001 sur la plage aquitaine du Truc Vert, la campagne de mesures PNEC 2001 a permis de collecter des données hydrodynamiques et sédimentaires pendant des conditions de houle énergétiques. A partir de l'analyse de ces données, le module hydrodynamique du modèle morphodynamique développé au cours de cette thèse a été validé, et la dynamique des courants moyens au-dessus de la plage du Truc Vert a été décrite. A partir de simulations au-dessus des systèmes barre/baïne et de systèmes de barres en croissant de la côte aquitaine, on montre que la modulation tidale des processus est intense. La formation des courants sagitaux est favorisée par les houles longues et frontales tandis qu'un courant de dérive oscillant est induit par les houles d'incidence oblique. Le couplage morphodynamique complet avec prise en compte de la marée montre que le mécanisme d'auto-organisation est à l'origine de la formaion des systèmes barre/baïne dans la zone intertidale et des systèmes de barres en croissant dans la zone subtidale. Les caractéristiques morphologiques des systèmes formés sont en accord avec les observations sur le terrain. Le développement de ces barres est également étudié, ainsi que sa sensibilité au forçage au large. L'étude aboutit à un nouveau modèle conceptuel de la morphologie desbarres sableuses observées sur la côte aquitaine
This thesis presents the first complete study of wave dynamics, wave-induced currents, and morphodynamics of nearshore sandy bars on the aquitanian coast beaches. This study is based on a physical modeling approach, associated with satellite imagery as well as treatment and analysis of field data. From the 12th to the 19th of october 2001 at Truc Vert beach, hydrodynamic and sedimentary data were collected during PNEC 2001 field measurements for energetic swell conditions. From the analysis of these data, the hydrodynamic module of the morphodynamic model developed during this thesis has been validated, and the dynamics of waves and wave-induced currents has been described. Simulations over aquitanian coast ridge and runnel systems and nearshore crescentic bar system show an intense tidal modulation of physical processes. Rip currents are induced by shore normal incidence long swells and an oscillating longshore current is induced by oblic incidence swells. The morphodynamic coupling including tidal cycles shows that self-organization mechanisms are responsible for the formation fo ridge and runnel systems in the intertidal domain and crescentic bar systems in the nearshore zone. The morphological characteristics of simulated systems are in agreement with observations. The development of these bars is also studied, as well as its sensitivity to wave forcing. The study leads to a new conceptual model of sandy bars morphology on the aquitanian coast

Cette thèse doctorale, réalisée dans le cadre d’un partenariat avec des professionnels de la pêche, a pour objet l’étude de l’impact du réchauffement climatique sur la distribution spatiale des poissons en Atlantique Nord, à l’aide de l’application d’un nouveau modèle d’habitat appelé le Non-Parametric Probabilistic Ecological Niche Model (NPPEN). Le modèle NPPEN est non-paramétrique et basé sur le concept de niche écologique (sensu Hutchinson). Le modèle ne requiert que des données de présence. Il est donc bien adapté à l’étude à macro-échelle de la biogéographie des espèces marines Le modèle NPPEN teste la distance généralisée de Mahalanobis par un test non-paramétrique de permutations afin de produire et de cartographier les probabilités de présence des espèces. L’application de ce nouveau modèle, sur plus de cinquante espèces marines en Atlantique Nord, a mis en évidence l’impact du réchauffement climatique sur la biogéographie des espèces et sur la structure et la trophodynamique de l’écosystème marin. Des bouleversements, déjà observés dans la distribution spatiale et l’abondance (probabilités de présence) d’espèces de poissons, tels la morue de l’Atlantique ou le lançon nordique, ont été retrouvés. En majorité, les espèces vont effectuer un déplacement dirigé vers le nord, pour rester dans un environnement conforme à leur niche écologique. L’intensité et la vitesse des mouvements biogéographiques attendus, de même que le bilan des gains ou pertes d’aires de répartition spatiale diffèrent selon les poissons ; régis par les capacités de déplacements des espèces, leur domaine de tolérance environnementale (largeur de leur niche) et l’intensité du réchauffement climatique
This aims to study the impact of climate warming on the spatial distribution of fish in the North Atlantic, using the new habitat model called the Non-Parametric Probabilistic Ecological Niche Model (NPPEN). The model NPPEN is nonparametric and requires only presence data. It is based on concept of the ecological niche sensu Hutchinson. The model NPPEN tests the Mahalanobis generalised distance by permutations to produce and map the probability of species occurrence. The model is therefore well suited to study expected changes in the biogeography of marine species at macro-scale. Applying this new model on more than fifty marine species in the North Atlantic, has highlighted the impact of global warming on the biogeography of species, structure and trophodynamic of the marine ecosystem. Disruption, already observed in spatial distribution and abundance (probability of occurrence) of fish species such as Atlantic cod and lesser sandeel were found again. The majority of species will move northward to stay in an environment consistent with their ecological niche. The intensity and rapidity of the biogeographic movements expected, as the balance of gains or losses in the spatial range differ among fish; governed by the ability of species movement, their range of environmental tolerance (niche breadth) and the intensity of global warming

L'objectif général de cette thèse est d'étudier les mécanismes de transport des déchets marins flottants ainsi queleur accumulation potentielle en Méditerranée, en s'appuyant sur la modélisation numérique de leur dérive ainsique sur des observations in-situ de leur distribution. La dynamique du transport des déchets marins y estnotamment analysée en terme d'échelles caractéristiques du bassin, en partant de la grande échelle jusqu'auxéchelles côtière et littorale.Dans un premier temps, l'examen d'un ensemble d'expériences Lagrangiennes numériques a permis d'identifierdans le bassin des zones probables d'accumulation non permanentes à grande échelle (Mansui et al., 2015a).L'impact à l'échelle côtière d'un courant de bord (Courant Nord) et des forçages atmosphériques sur ladistribution locale et l'échouage des déchets marins flottants a ensuite pu être estimé en utilisant notammentdes données originales recueillies en mer et à terre (Mansui et al., 2015b, en révision)
The main objective of this work is to study the floating marine debris transport mechanisms and their potentialaccumulation in the Mediterranean Sea, using numerical modelling and in-situ observations of debris. Thetransport dynamics is analysed in terms of typical scales in the basin, from the large scale to the coastal andlocal scales.First, the analysis of a Lagrangian experience data set show the potential existence of non-permanent and largeretention areas (Mansui et al., 2015a). In a second stage, the coastal impact of a boundary current (the NorthernCurrent) and atmospheric forcings on the local distribution and stranding of floating marine litter has beenestimated (Mansui et al., 2015b, under revision), using an original set of data combining offshore sightings andbeaching surveys

Le long des littoraux sableux tels que la côte Aquitaine, les vagues et principalement les courants moyens induits par celles-ci jouent un rôle majeur dans l’évolution morphologique des plages. Que ce soit d’un point de vue socio-économique (aménagement des plages, protection de l’environnement) ou sécuritaire (noyade), comprendre la dynamique de tels environnements est devenu un réel enjeu scienti?que ces dernières années. Le développement d’une plateforme de modélisation morphodynamique opérationnelle a été menée au cours de cette thèse. Ce modèle est basé sur le couplage du modèle spectral de houle SWAN (Delft University of Technology) avec le modèle MARS 2DH (Ifremer), initialement conçu pour calculer les courants induits par la marée et les vents. Après avoir ajouté les phénomènes liés à la houle, un modèle sédimentaire a été développé pour estimer les évolutions morphodynamiques. La campagne de mesures Biscarrosse-PréECORS menée en juin 2007 sur la plage de Biscarrosse a permis de valider le modèle pour une large gamme d’état de mer. Le modèle a montré son e?cacité et sa robustesse pour décrire les courants et des circulations induites par les vagues au dessus de fortes hétérogénéités bathymétriques. Nous avons mis en évidence la forte modulation tidale des courants sagittaux qui sont intenses même pour de faibles conditions de vagues. La plateforme de modélisation morphodynamique a permis d’analyser la formation et le développement de morphologies tridimensionnelles rythmiques pour des systèmes simple et double barre. Pour les environnements à double barre comme la côte Aquitaine, l’intense couplage morphologique entre la barre externe et la barre interne a été étudié en réponse aux conditions de forçages. Nous avons mis en évidence l’in?uence de la marée sur la croissance des barres et révélé la corrélation existant entre croissance des barres et dissipation d’énergie des vagues sur les barres. Cette thèse a abouti au développement d’un modèle complet permettant d’appréhender la dynamique des environnements littoraux sableux
Along many sandy environments as the Aquitanian Coast, waves and wave-induced currents play a key role on the beach morphodynamics. Within a socio-economic (human interventions, natural environment protection) and touristic (human safety) framework, understand the complex dynamics of these systems is a real scienti?c challenge these last decades. The development of an operational morphodynamical modeling platform was performed during this PhD thesis. The modeling strategy consists in coupling the spectral wave model SWAN (Delft Univer- sity of Technology) with the non-linear shallow water model MARS 2DH (Ifremer). The MARS model was initially designed to compute tide- and wind-induced currents. Thus, the wave processes and a sed- imentary unit were implemented inside MARS to compute morphological evolutions of wave-dominated sandy beached. The Biscarrosse-PréECORS ?eld experiment carried out in June 2007 at Biscarrosse Beach was used to validate our modeling platform for a large range of o?shore wave conditions. Results have proved the e?ciency and the robustness of our model to calculate wave-induced currents and circulations over alongshore non-uniformities. The strong tidal modulation of currents and the intense rip currents for low-energy conditions were highlighted. The morphodynamical modeling platform was also used to analyze the generation and the development of rhythmic three-dimensional morphologies for one- and double-barred systems. For double-barred en- vironments, the intense morphological coupling between the inner and outer bar was studied in the response of wave and tide forcing. We have highlighted the in?uence of the tide on the bar growth and showed the correlation between the growth and the wave dissipation over the bar. This thesis has succeeded in the development of a complete model for understanding the dynamics of sandy coastal environments

Le littoral Est dunkerquois, comme la plupart des côtes méridionales de la Mer du Nord, est constitué de larges plages sableuses à barres intertidales et de dunes côtières qui protègent des zones basses densément peuplées particulièrement vulnérables dans le contexte actuel de montée du niveau marin associée au changement climatique. Les objectifs de ce travail et la démarche méthodologique adoptée reposent sur une approche à plusieurs échelles spatiales et temporelles afin dévaluer l'impact des tempêtes sur l'évolution d'une côte basse macrotidale à fetch limité. A l'échelle évènementielle, les mesures ont souligné une réponse morphologique très différente de la côte face aux conditions énergétiques et tempétueuses, sur deux secteurs d'étude situés à 4 km de distance. Cette réponse très contrastée se traduit par des conditions hydrodynamiques différentes sur les deux sites, avec un secteur Ouest plus sensible à l'érosion que le secteur Est, plutôt stable voire en accrétion. Sur une échelle saisonnière à pluriannuelle, l'évolution de la côte et notamment sa capacité à se reconstruire durant les phases post-érosives a été mise en évidence, soulignant notamment l'efficacité des transports éoliens dans l'alimentation et la cicatrisation des dunes. A moyen terme, de 1957 à 2010, l'évolution du trait de côte a montré une grande variabilité à la fois spatiale et temporelle, qui semble être expliquée par une variabilité spatiale de l'énergie de la houle à la côte, en partie liée à la bathymétrie de l'avant-côte, mais aussi par les variations des forçages météo-marins et des interventions anthropiques locales. Certaines conditions météorologiques plus morphogènes ont été mises en évidence, telles que des vents persistants de secteur N-NW soufflant à plus de 8 m/s pendant plus de 48 heures, par exemple. Les mesures réalisées dans cette étude ont également permis la mise en place et la validation de deux codes morphodynamiques de modélisation à court terme de la réponse de la côte aux évènements de tempête, SBEACH et X-BEACH, qui ont tous deux donné des résultats cohérents sur le littoral étudié. Si le premier restitue mieux l'évolution morphodynamique et le second les conditions hydrodynamiques mesurées in-situ, ils restent tous les deux pertinents voire complémentaires.

Le travail présenté dans cette thèse consiste à l'étude des rejets en mer, par émissaire marin, des eaux usées urbaines des collectivités littorales. Nous focalisons notre étude sur les rejets chargés de matières en suspension. Ces matières risquent de déposer autour du point de rejet et créent une zone très polluée. Dans ce contexte, nous procédons à la modélisation de la déposition des particules transportées en suspension par les rejets urbains dans la zone proche du point de rejet dite " champ proche ". Ceci est fait dans le but de mieux comprendre ce phénomène et de pouvoir déterminer, en conséquence, le niveau de traitement à l'amont ainsi que la configuration du dispositif de rejet en fonction des capacités du milieu récepteur à assimiler la pollution solide. Nous avons réalisé ce travail en trois parties. Dans la première partie, nous avons étudié les rejets urbains dans les zones littorales, les caractéristiques des eaux usées urbaines et celles des particules solides transportées par ces eaux. Nous avons aussi étudié la relation entre les différents critères de qualité des eaux du milieu récepteur et le rejet urbain ainsi que le rôle de l'émissaire marin dans la réduction de l'impact environnemental du rejet sur le milieu marin. Dans la deuxième partie, nous nous concentrons sur la zone proche de l'émissaire marin. Il s'agit du jet turbulent issu du rejet. Dans ce contexte, nous étudions le comportement hydrodynamique du jet et nous le modélisons. Ceci est fait par l'établissement d'un modèle Lagrangian pour l'étude du champ proche (modèle de la phase liquide). Dans la troisième partie, nous construisons un modèle pour anticiper la déposition des particules solides transportées par les rejets urbains (modèle de la phase solide). Ce modèle se base sur le phénomène de concentration préférentielle. Il est couplé avec le modèle Lagrangian du comportement hydrodynamique du jet, conçu dans la deuxième partie. Le modèle est validé par des données expérimentales représentant le taux de déposition longitudinale des jets horizontaux et inclinés flottants dans un milieu stationnaire, en présence de co-courant et les jets horizontaux non flottants dans un milieu stationnaire. Nous terminons ce travail par une analyse de sensibilité pour étudier les effets d'un certain nombre de paramètres du jet et du milieu ambiant sur le comportement hydrodynamique du jet et sur le taux de déposition.

Over the last decades, there has been considerable attention in the accurate mathematical modeling and numerical simulations of free surface wave propagation in near-shore environments. A physical correct description of the large scale phenomena, which take place in the shallow water region, must account for strong nonlinear and dispersive effects, along with the interaction with complex topographies. First, a study on the behavior in nonlinear regime of different Boussinesq-type models is proposed, showing the advantage of using fully-nonlinear models with respect to weakly-nonlinear and weakly dispersive models (commonly employed). Secondly, a new flexible strategy for solving the fully-nonlinear and weakly-dispersive Green-Naghdi equations is presented, which allows to enhance an existing shallow water code by simply adding an algebraic term to the momentum balance and is particularly adapted for the use of hybrid techniques for wave breaking. Moreover, the first discretization of the Green-Naghdi equations on unstructured meshes is proposed via hybrid finite volume/ finite element schemes. Finally, the models and the methods developed in the thesis are deployed to study the physical problem of bore formation in convergent alluvial estuary, providing the first characterization of natural estuaries in terms of bore inception
Ces dernières décennies, une attention particulière a été portée sur la modélisation mathématique et la simulation numérique de la propagation de vagues en environnements côtiers. Une description physiquement correcte des phénomènes à grande échelle, qui apparaissent dans les régions d'eau peu profonde, doit prendre en compte de forts effets non-linéaires et dispersifs, ainsi que l'interaction avec des bathymétries complexes. Dans un premier temps, une étude du comportement en régime non linéaire de différents modèles de type Boussinesq est proposée, démontrant l'avantage d'utiliser des modèles fortement non-linéaires par rapport à des modèles faiblement non-linéaires et faiblement dispersifs (couramment utilisés). Ensuite, une nouvelle approche flexible pour résoudre les équations fortement non-linéaires et faiblement dispersives de Green-Naghdi est présentée. Cette stratégie permet d'améliorer un code "shallow water" existant par le simple ajout d'un terme algébrique dans l'équation du moment et est particulièrement adapté à l'utilisation de techniques hybrides pour le déferlement des vagues. De plus, la première discrétisation des équations de Green-Naghdi sur maillage non structuré est proposée via des schémas hybrides Volume Fini/Élément Fini. Finalement, les modèles et méthodes développés dans la thèse sont appliqués à l'étude du problème physique de la formation du mascaret dans des estuaires convergents et alluviaux. Cela a amené à la première caractérisation d'estuaire naturel en terme d'apparition de mascaret

Caractériser la circulation et l'évolution de la qualité des eaux côtières en Manche orientale est un enjeu majeur pour de multiples applications dans une région riche en bio-diversité et en ressources halieutiques. L'hydrodynamisme, dominé par un régime megatidal, joue un rôle essentiel dans les processus de dispersion et de mélange le long du littoral du Nord-Pas-de-Calais. La physionomie en "entonnoir" de la Manche orientale donne lieu à une dyssimétrie de l'onde de marée qui induit un flot plus intense et plus bref que le jusant, engendrant une dérive résiduelle vers la mer du Nord accentuée par les vents dominants de sud-ouest. Ce contexte atypique confère une structure complexe à l'écoulement côtier, dans une région dite "à influence d'eau douce". L'utilisation du modèle hydrodynamique MARS3D a permis de mettre en évidence certains phénomènes complexes à l'échelle régionale et comprendre la gense et la dynamique du fleuve côtier. Grâce à la modélisation haute résolution, à l'échelle dite locale, la circulation dans l'enceinte du port de Boulogne-sur-Mer a pu être caractérisée. Il a été démontré qu'un tourbillon anti-cyclonique, caractéristique du régime de flot, permet une évacuation rapide des traceurs passifs transitant par le port. Lors du jusant, une dérive intense vers le sud piège les traceurs dans le port. Ce piégeage peut être accentué ou atténué selon le sens du vent ou le débit fluvial. Une étude de modifications morphologiques de la rade a été réalisée afin de montrer l'utilité de la modélisation pour proposer des solutions innovantes pouvant améliorer la qualité de l'eau. Un travail similaire a été mené en baie de Somme pour comprendre les problèmes relatifs à la qualité de l'eau. Certaines activités sont soupçonnées d'être à l'origine de contamination microbienne et en particulier les moutons de pré-salés, accusés de contribuer majoritairement à l'apport en E. Coli. En assimilant les traceurs passifs au matériel bactérien, nous avons pu appréhender la problématique de la qualité de l'eau. Notre étude a permis de mettre en exergue les conditions environnementales propices à la rétention ou à l'évacuation de matières contaminantes émises par de nombreuses sources alimentant la baie. La convergence des courants, et l'accumulation du matériel contaminant, ont été révélées au voisinage du Crotoyce qui peut expliquer en partie, la qualité médiocre de ces eaux. Ces schémas de circulation interne à la baie de Sommesuivant les conditions environnementales contribue à améliorer les études sur la qualité de l'eau et les futurs aménagements côtiers durables.