Academic literature on the topic 'Hydrodynamique tidale'

In the St. Lawrence estuary (Canada), tidal flats localized in the area of saline intrusion are covered with up to 30 cm of fine sedimentation during July, August, and September. This sedimentation is the result of waters coming from the turbidity zone. The upper half of the tidal flats are covered with a tidal marsh. This vegetation is very important in preventing the sediments from eroding. In the tidal marsh, measurements with automatic current meters were taken during periods longer than a month. These showed that, among the vegetation, currents are weak and steady during spring tides and neap tides, whereas next to the drainage systems, currents are heavily dependant on the range of the tide. Close to the shore, currents decrease significantly, thus helping fine sedimentation to occur. A mathematical simulation of the currents made on a line perpendicular to the shore shows the impact of the vegetation on the formation of the drainage system in the tidal flats. Water entrapment by the vegetation at the end of the flood initiates the creation of creeks and insures their continuity throughout the summer. As soon as the vegetation is destroyed, creeks fill up with sediments and disappear from the surface of the tidal marsh. Contrary to what could be assumed, the mathematical model also shows that spring tides, even though associated with strong currents, promote a very active sedimentation on the tidal marsh. In the St. Lawrence estuary, erosion of the mud flats deposits is observed during short periods of strong winds in summer. This high energy and high variability do explain the strong year to year variation in sedimentation observed in the tidal flats. Key words: currents, intertidal sedimentation, tidal creeks, tidal flats.

Some problems are described in connection with the survey of currents in an estuary influenced both by tides and runoff (the upper estuary of the St. Lawrence River, Canada). The use of numerical modelling is proposed as a reliable and cheap alternative to intensive hydrographic field surveys. A two-dimensional finite element hydrodynamic model with moving boundaries (drying–wetting) is outlined. An application of this model to the St. Lawrence River between Lotbinière and Sainte-Anne-de-la-Pérade is used as an illustration of the approach. The calibration method is first presented. Then, some results for a typical event (mean tide and river flow) are briefly described. Finally, emphasis is placed on the great potential of this approach to increase our knowledge (at least our insight) of estuarian systems as far as current-related phenomena are concerned (sediment transport, fish habitat, water quality, etc.). Key words: St. Lawrence River, hydrodynamics, modelling, simulation, finite elements, currents, drying and wetting, moving boundaries, tidal flow, estuary.

Les phanérogames marines sont un compartiment biologique fondamental au bon maintien des environnements côtiers grâce aux nombreux services écosystémiques qu’elles fournissent. Au cours des dernières décennies, leur surface a été considérablement réduite à l’échelle mondiale, entraînant la perte de leurs fonctions régulatrices, notamment des conditions hydrodynamiques et des flux sédimentaires. Dans ce contexte, cette thèse s’attache à mieux comprendre la réponse des processus hydro-sédimentaires des lagunes côtières peu profondes au déclin d’espèces intertidales, à travers l’étude régionale de l’effet de la régression des herbiers de zostères (Zostera noltei et Zostera marina) du Bassin d’Arcachon. Cette analyse a été menée grâce à de la modélisation numérique, qui a nécessité de développer et mettre en place une plateforme de modélisation bio-hydro-sédimentaire, constituée de quatre modèles couplés (modèle hydrodynamique, modèle de vagues, modèle de transport sédimentaire et modèle de croissance des zostères), prenant tous en compte l’influence de la végétation. Une attention particulière a été portée à l’implémentation de la végétation dans le modèle de vague et le modèle de transport, en utilisant des approches combinant expériences en laboratoire, de terrain et de la modélisation numérique. Dans un premier temps, l’influence de la régression des herbiers de zostères a été étudiée sur les conditions hydrodynamiques et a révélé d’importantes modifications de l’hydrodynamique tidale et des conditions de vagues, notamment l’intensification des vitesses sur le fond de l’ordre de 100 % et de la hauteur de vagues de 50 % sur les estrans où les herbiers ont le plus décliné. Ensuite, la contribution de la régression des herbiers sur la modification de l’hydrodynamique tidale a été comparée à celle induite par la reconfiguration des Passes, montrant que le déclin des herbiers a été le principal responsable de la modification des vitesses sur les estrans et chenaux à l’intérieur du Bassin. En réponse au déclin de Zostera spp., ainsi qu’à l’intensification des conditions hydrodynamiques qui en a résulté, cet environnement a subi d’importantes modifications de la dynamique sédimentaire. Les flux d’érosion et de dépôt ont été particulièrement impactés par le déclin, générant des concentrations en matières en suspension de 2 à 6 fois plus importantes. La régression des herbiers a également perturbé les échanges sédimentaires entre la lagune et l’océan ouvert, ainsi qu’entre les différentes zones du Bassin, donnant lieu à une redistribution des différentes classes sédimentaires et à la modification de la composition du sédiment superficiel. Les estrans situés le long des côtes ont eu tendance à s’accréter et à s’envaser, alors que les estrans plus centraux ont eu tendance à s’éroder et devenir plus sableux. En particulier, nous avons montré que la régression des herbiers est le principal responsable des évolutions bathymétriques observées à l’intérieur du Bassin. Enfin, l’évolution potentielle des herbiers de zostères a été étudiée à travers différentes conséquences du changement climatique que sont la hausse du niveau marin et l’évolution des températures de l’air et de l’eau. Une attention particulière a été portée à la génération de forçages environnementaux futurs, reproduisant les éventuelles températures et le niveau marin à l’horizon 2050. La biomasse des herbiers a témoigné de réponses contrastées à ces deux processus, très dépendantes de plusieurs facteurs environnementaux (profondeur, exposition à l’hydrodynamique, temps de renouvellement). Nous avons également montré que, plus que l’augmentation des températures moyennes, c’est l’augmentation de la fréquence et de l’intensité des événements extrêmes de température qui devrait être le principal facteur de contrôle des évolutions de biomasse dans le Bassin d’Arcachon
Seagrass meadows provide numerous ecosystem services and constitute a fundamental biological component for the sustainability of coastal environments. Over the past decades, the surface colonized by seagrasses has drastically declined globally, reducing their capacity to regulate hydrodynamic conditions and sediment fluxes. In this context, this work aims to better understand the response of hydro-sedimentary processes to the decline of intertidal seagrass in a shallow coastal lagoon. For this purpose, the Arcachon lagoon (France), extensively colonized by seagrass meadows (Zostera noltei and Zostera marina), was used as a study area. This analysis was conducted through a numerical modeling approach that required the preliminary development and implementation of a hydro-bio-sedimentary modeling platform, consisting of four coupled models (flow model, wave model, sediment transport model, and seagrass growth model), all accounting for the effect of vegetation. Specific attention was paid to the implementation of vegetation in the wave and sediment models, utilizing combined numerical, field, and laboratory experiments. The impact of seagrass decline was first studied on hydrodynamics, revealing significant changes in tidal hydrodynamics and the wave regime, especially an intensification in bottom current velocities by 100% and wave height by 50% on the tidal flats. Further investigation into the relative influence of seagrass decline and morphological evolutions of the inlet on tidal hydrodynamics showed that vegetation loss was the main factor influencing the modification of current velocities inside the lagoon. In response to the decline of Zostera spp. and the subsequent intensification of hydrodynamic conditions, this environment underwent significant changes in sediment dynamics. Modification of erosion and deposition fluxes resulted in suspended sediment concentrations 3 to 6 times higher in the areas where vegetation decreased the most. Seagrass decline also impacted sediment transport between the lagoon and the open ocean, as well as among different areas of the lagoon, leading to the redistribution of the different sediment classes and altering the composition of the seabed sediment. The tidal flats located along the coastlines accreted and became siltier, while those in the center of the lagoon eroded and became sandier. In particular, our results demonstrated that seagrass decline was the primary contributor to the observed bathymetric changes in the lagoon. Finally, potential evolutions of marine phanerogams were investigated, considering various consequences of climate change such as sea level rise and increase of temperature. For this analysis, special consideration was given to generating environmental forcing that reproduces potential temperature and water level conditions by 2050. Seagrass biomass exhibited contrasting responses to these processes, clearly dependent on multiple environmental factors (depth, hydrodynamic exposure, renewal time). We also showed that, beyond global warming, it is the increase in frequency and intensity of extreme temperature events that are expected to induce the most significant changes in seagrass biomass

L’intérêt porté aux Energies Marines Renouvelables (EMR) est accru car elles sont vues comme une solution possible pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Parmi les différents types d’EMR, l'énergie cinétique des courants de marée présente un intérêt particulier. La France possède le deuxième potentiel de production d’énergie électrique à partir des courants de marée en Europe. Le site du Raz Blanchard capitalise environ 50% de cette ressource nationale. Deux des plus grandes problématiques du développement commercial des fermes d’hydroliennes sont l’optimisation du positionnement des turbines pour maximiser le productible et la gestion de l’énergie pour optimiser la production. Ces deux aspects dépendent de l’effet de sillage et de la commande de la chaîne électrique de conversion. Les objectifs de cette thèse sont le développement d’un outil d’optimisation pour maximiser le productible d’un parc d’hydroliennes et d’amélioration la commande de la chaîne électrique. Dans cette optique, un modèle analytique de sillage des turbines dans une ferme d’hydroliennes est développé et validé. Puis, plusieurs d’algorithmes d’optimisations sont mis en place et comparés pour résoudre le problème du positionnement des turbines dans un parc. L’outil d’optimisation est appliqué au Raz Blanchard. Enfin, tous les composants de la chaîne de conversion électrique sont modélisés et différentes stratégies pour la maximisation de la production électrique sont explorées. Un modèle de la chaîne électrique et de la commande est implémenté pour analyser le comportement dynamique d’un parc d’hydroliennes sujet aux changements en vitesse des marées dans le Raz Blanchard et à des perturbations dans le réseau
Interest in Marine Renewable Energies (MREs) is growing worldwide because they are seen as a potential solution to reduce the emission of greenhouse gases. Among the different types of MRE tidal current energies are the most attractive. France has the second European production potential of electrical energy from tidal currents. The Alderney Race (Raz Blanchard in French) capitalizes about half of the national resource. Two of the main issues for the commercial development of tidal farms is the optimization of the turbines layout for maximizing the producible energy and the energy management for optimizing the energy production. These aspects depend on the wake effect and on the control of the electrical conversion chain. The objectives of this dissertation are the development of an optimization tool to maximize the producible energy of a tidal farm and the improvement of the control of the electrical chain. To this scope, an analytical model of the wake effect in a park is developed and validated. Moreover, different types of optimization algorithms are compared to solve the tidal farm layout optimization problem. The optimization tool is presented and tested in one site in the Alderney Race. Finally, all the components of the electrical conversion chain are modelled and different strategies to maximize the electrical production of the tidal farm are compared. A complete electrical model including all the components and the control are implemented to test the dynamic behavior of a hypothetical tidal farm subject to the changes in tidal speed in a site in the Alderney Race and to grid disturbances

Dans cette thèse, on étudie les écoulements oscillatoires en milieux poreux (non saturés ou partiellement saturés) dus à des oscillations tidales des niveaux d'eau dans des milieux ouverts adjacents aux milieux poreux. L'étude est centrée sur le cas des plages de sable en hydrodynamique côtière, mais les applications concernent, potentiellement et plus généralement, les problèmes d'oscillation et de variation temporelle des niveaux d'eau dans des systèmes couplés, lorsque ceux-ci mettent en jeu des interactions entre les écoulements de sub-surface (milieux poreux) et les eaux de surface (milieux ouverts) : plages naturelles et artificielles; digues portuaires; barrages en terre; berges de fleuves; estuaires. Le forçage tidal des écoulements souterrains est représenté et modélisé ici, tant expérimentalement que numériquement, par une oscillation quasi-statique du niveau d'eau dans un réservoir externe ouvert, connecté au domaine poreux. On s'intéresse plus particulièrement aux écoulements verticaux forcés par une pression oscillatoire imposée au bas d'une colonne de sol. Sur le plan expérimental, ce type de forçage est obtenu par une machine à marée équipée d'un arbre rotatif. Au total, on utilise dans ce travail trois types d'approches (expérimentale, numérique, analytique), l'objectif étant d'étudier le mouvement vertical de la surface "libre" et l'écoulement non saturé sus-jacent, de façon à prendre en compte aussi bien les pertes de charge dans la zone saturée que les gradients de pression capillaire dans la zone non saturée. […]
In this thesis, we study hydrodynamic oscillations in porous bodies (unsaturated or partially saturated), due to tidal oscillations of water levels in adjacent open water bodies. The focus is on beach hydrodynamics, but potential applications concern, more generally, time varying and oscillating water levels in coupled systems involving subsurface / open water interactions (natural and artificial beaches, harbor dykes, earth dams, river banks, estuaries). The tidal forcing of groundwater is represented and modeled (both experimentally and numerically) by quasi-static oscillations of water levels in an open water reservoir connected to the porous medium. Specifically, we focus on vertical water movements forced by an oscillating pressure imposed at the bottom of a soil column. Experimentally, a rotating tide machine is used to achieve this forcing. Overall, we use three types of methods (experimental, numerical, analytical) to study the vertical motion of the groundwater table and the unsaturated flow above it, taking into account the vertical head drop in the saturated zone as well as capillary pressure gradients in the unsaturated zone. Laboratory experiments are conducted on vertical sand columns, with a tide machine to force water table oscillations, and with porous cup tensiometers to measure both positive pressures and suctions along the column (among other measurement methods). Numerical simulations of oscillatory water flow are implemented with the BIGFLOW 3D code (implicit finite volumes, with conjugate gradients for the matrix solver and modified Picard iterations for the nonlinear problem). In addition, an automatic calibration based on a genetic optimization algorithm is implemented for a given tidal frequency, to obtain the hydrodynamic parameters of the experimental soil. Calibrated simulations are then compared to experimental results for other non calibrated frequencies. Finally, a family of quasi-analytical multi-front solutions is developed for the tidal oscillation problem, as an extension of the Green-Ampt piston flow approximation, leading to nonlinear, non-autonomous systems of Ordinary Differential Equations with initial conditions (dynamical systems). The multi-front solutions are tested by comparing them with a refined finite volume solution of the Richards equation. Multi-front solutions are at least 100 times faster, and the match is quite good even for a loamy soil with strong capillary effects (the number of fronts required is small, no more than N≈ to 20 at most). A large set of multi-front simulations is then produced in order to analyze water table and flux fluctuations for a broad range of forcing frequencies. The results, analyzed in terms of means and amplitudes of hydrodynamic variables, indicate the existence, for each soil, of a characteristic frequency separating low frequency / high frequency flow regimes in the porous system

Dans les galaxies en interaction, de colossales forces de marée perturbent la morphologie des progéniteurs pour engendrer les longs bras d'étoiles, gaz et poussières que l'on observe parfois. En plus de leur effet destructeur, les forces de marée peuvent, dans certain cas, se placer dans une configuration protectrice appelée mode compressif. De tels modes protègent alors la matière en leur sein, en augmentant son énergie de liaison. Cette thèse se concentre sur l'étude de ce régime peu connu en quantifiant ses propriétés grâce à des outils numériques et analytiques appliqués à un spectaculaire système de galaxies en fusion, communément appelé les Antennes. Des simulations N-corps de cette paire de galaxies montrent la présence de modes compressifs dans les régions où les observations révèlent un sursaut de formation stellaire. De plus, les temps et énergies caractéristiques de ces modes correspondent à ceux de la formation de sous-structures autogravitantes telles que des amas stellaires et des naines de marée. Des comparaisons avec les taux de formation stellaire dérivés de simulations hydrodynamiques confirment la corrélation entre les positions des modes compressifs et les sites où la formation des étoiles est certainement amplifiée. Mis bout-à-bout, ces résultats suggèrent que les modes compressifs des champs de marée jouent un role important dans la formation et l'évolution des jeunes amas, au moins d'un point de vue statistique, sur une échelle de temps de l'ordre de dix millions d'années. Des résultats préliminaires de simulations d'associations stellaires soulignent l'importance de plonger les amas dans leur environnement galactique en évolution, pour tenir compte précisément de leur morphologie et évolution interne. Ces conclusions ont été étendues à de nombreuses configurations d'interaction et restent robustes aux variations des principaux paramètres caractérisant les paires de galaxies. Nous notons cependant une nette anti-corrélation entre l'importance du mode compressif et la distance entre ces galaxies. De nouvelles études incluant les aspects hydrodynamiques sont maintenant en cours et aideront à préciser le rôle exact du mode compressif dans la formation et la survie des amas d'étoiles. Les premières comparaisons avec de telles simulations suggèrent que les modes compressifs agissent en tant que catalyseurs ou amorces de la formation stellaire.

Les Pertuis Charentais sont un site d’écosystèmes interconnectés où les courants marins jouent un rôle déterminant. Un modèle de marée à haute résolution a été développé au cours de cette thèse pour comprendre et cartographier les traits principaux de la circulation hydrodynamique dans les Pertuis. Deux axes sont ainsi mis en avant dans cette étude. D’abord, un nouveau modèle de marées dans les Pertuis Charentais a été construit et validé à partir de différentes sources : données marégraphiques, données de courantomètres ADCP et images satellitaires. Une nouvelle approche de calibration de modèle de marée a été développée, basée sur la comparaison de la position de la ligne d’eau, frontière entre l’eau et la terre, avec celle prédite par le modèle. Puis dans un second temps, le transport et les agrégations en « bloom » de populations de méduses Rhizostoma, dont les proliférations et les échouages sont à l’origine de problèmes socio-économiques, ont été simulés numériquement. Des observations in situ ont permis de paramétrer le comportement de nage des méduses dans le modèle. Deux types de comportements des méduses, actif et passif ont été simulés. Les courants de marées en présence des forçages-type météorologiques ont été pris en compte. Les résultats indiquent que le comportement individuel de nage des méduses pourrait être une réponse adaptative aux facteurs abiotiques qui menacent la continuité de leur espèce mais que les courants marins restent la cause première de la formation des blooms
The Pertuis Charentais are an interconnected ecosystems site where ocean currents play a key role. A high resolution tidal model was developed in this thesis in order to understand the main features of the hydrodynamic flows inside the Pertuis. Two topics were put forward in this study. First, a new tide model for the Pertuis Charentais was build up and validated by using different datasets: tide gauge records, measurements of currents by ADCP and satellite images. A new approach to model calibration was developed by comparing the observed position of the waterline, the boundary between land and water, with that predicted by the model. Secondly, the transport and bloom-like aggregation of the Rhizostoma jellyfish populations were simulated numerically. The jellyfish proliferation and stranding are a source of socio-economic problems. Two types of jellyfish behavior, active and passive were simulated. The tidal currents and typical meteorological forcing were taken into account. The results show that the individual behavior of swimming jellyfish is an adaptive response to abiotic factors for jellyfish survival

En dépit d’un développement opérationnel actuel seulement émergeant le long des côtes françaises, l’extraction de l’énergie cinétique des courants de marée par les hydroliennes apparaît, dès à présent, comme une solution prometteuse pour contribuer, localement, à la transition énergétique de territoires insulaires déconnectés du réseau électrique continental, ayant des besoins électriques limités, et situés dans des espaces naturels sensibles et/ou touristiques intégrant un patrimoine visuel à préserver. Ce travail de thèse se consacre à la modélisation numérique tridimensionnelle des impacts hydrodynamiques et sédimentaires d’hydroliennes d’axe horizontal déployées dans le site pilote d’implantation de fermes hydroliennes du Passage du Fromveur, au cœur du parc naturel marin d’Iroise, à la pointe Bretagne. Les simulations numériques se basent sur le modèle océanographique ROMS (« Regional Ocean Modelling System ») modifié pour intégrer un sous-modèle théorique de disque actuateur assimilant l’hydrolienne à un disque poreux opposant à l’écoulement une force équivalente à la poussée de la turbine. La méthode est validée avec des mesures effectuées en laboratoire dans le sillage d’un disque poreux de 10 cm de diamètre (D) immergé dans un courant permanent. Une résolution spatiale minimale égale à D/10 est nécessaire pour reproduire les observations. Après une étude de convergence numérique à échelle réelle, le modèle ROMS est appliqué, selon une approche gigogne de maillages imbriqués focalisée sur le Passage du Fromveur, pour examiner les interactions des sillages et les effets cumulés au sein d’un parc de huit turbines de 10 m de diamètre susceptible de satisfaire au besoin énergétique de l’île d’Ouessant. L’agencement des turbines suit les recommandations communément adoptées avec une disposition en quinconce et des espacements longitudinaux de 10D et latéraux de 5D. En condition de vive-eau moyenne, le désalignement du courant au pic de flot exacerbe les interactions entre sillages, réduisant la production énergétique du parc de près de 15 % par rapport à celle du pic de jusant. Ce déficit de production énergétique est limité à 2 % en ramenant l’espacement latéral des turbines à 3D. Les prédictions de ROMS sont enfin exploitées pour appréhender l’influence de cette dernière configuration de parc sur la dynamique sédimentaire locale. Les principaux effets attendus concernent (i) le dépôt de sédiments de plus de 2 mm de diamètre dans le sillage des dispositifs et (ii) la mise en mouvement de cailloutis de 5 cm de diamètre entre les sillages
In spite of a present only emerging operational development along the coast of France, the extraction of the kinetic energy of tidal currents by turbines appears as a promising solution to contribute locally to the energetic transition of insulary territories that are not connected to the continental electricity grid, with limited power needs, and are located in protected and touristic natural areas with a visual heritage to preserve. This doctoral thesis was devoted to the three-dimensional numerical modelling of the hydrodynamic and sedimentary impacts induced by horizontal-axis turbines deployed within the pilot site of the Fromveur Strait, in the natural marine Iroise park, off western Brittany. Numerical simulations are performed with the oceanographic model ROMS (Regional Ocean Modelling System) modified to integrate a theoretical actuator-disk sub-model that assimilates the device to a porous disc opposing the flow with a force equal to the turbine’s thrust. This method was assessed against laboratory measurements within the wake of a porous disc with a diameter (D) of 0.1 m immersed in a permanent flow. A spatial resolution as small as D/10 was required to reproduce observations. After a numerical convergence study at full scale, ROMS was applied, using a nested grid approach targetted towards the Fromveur Strait, to examine wake interactions and cumulative effects within an array of height turbines of 10-m-diameter expected to fulfill the energy need of the island of Ushant. The array layout followed the commonly recommended staggered configuration with respective longitudinal and lateral spacings of 10D and 5D. During spring tidal conditions, the misalignment of the peak flood flow enhanced the wake interactions, reducing by about 15% the array power production in comparison with the peak ebb flow. This lack of power production capacity was lowered to 2% by reducing the lateral spacing to 3D. ROMS predictions were finally exploited to address the influence of this last array of turbines on the local sediment dynamics. Main effects were expected on (i) the deposition of sediments with diameter over 2 mm within the turbine wakes and (ii) the setting in motion of gravels with a diameter of 5 cm between the wakes

L’objectif de ce mémoire est de comprendre la formation et l’évolution des flèches sableuses et des tombolos à différentes échelles spatio-temporelles. Dans cette perspective, deux sites ont été choisis, la Pointe d’Agon (Normandie) et l’isthme de Miquelon-Langlade (Archipel de St Pierre et Miquelon). La Pointe d’Agon présente la particularité d’être une flèche à crochets. Un nouveau mécanisme de formation de ce type de morphologie est proposé sur la base d’une relation entre la dynamique d’une barre de surf migrant sur un delta de jusant et celle du trait de côte. L’allongement de la flèche s’effectue de manière discontinue en parallèle de l’extension de la plate-forme sédimentaire qui la supporte. Le suivi de l’une de ces barres indique qu’elle se déplace à une vitesse de l’ordre de 35 m/an en moyenne sur quelques années. Cependant, des fluctuations de sa vitesse apparaissent à une échelle plus courte car sa cinématique est étroitement corrélée à l’agitation. Une hauteur significative de 0. 7 m est nécessaire pour provoquer sa migration. A l’échelle du processus, le déplacement s’opère essentiellement sous l’action des écoulements dans la zone de surf. La formation et la géométrie de l’isthme de Miquelon-Langlade est liée à deux facteurs importants, à savoir : la présence d’un disponible sédimentaire important et l’existence de conditions hydro-météorologiques contrastées entre les deux façades. La côte ouest présente une érosion généralisée contrairement à la côte est en accrétion. Cette évolution suggère une réouverture possible de l’isthme à court terme
The main objective of this thesis is to understand the formation and the evolution of sandy spits and tombolos using various spatio-temporal scales. In this perspective, two field sites were chosen, the Pointe d’Agon (Normandy) and the tombolo of Miquelon-Langlade (archipelago of St Pierre and Miquelon). The pointe d’Agon is a complex spit that has on its distal part several well-defined hooks. A new mechanism of formation of this type of morphology is proposed on the basis of a relation between the dynamics of a surf bar, migrating on an ebb delta, and the shoreline. The spit elongates in an intermittent way, in parallel of the extension of the sedimentary platform which supports it. The topographic monitoring of one of these bars indicates that it migrates with a mean speed of 35 m / year over several years. However, speed fluctuations appear to a shorter scale because its kinematics is strictly correlated with wave height. A significant height of 0. 7 m is necessary to induce bar migration. On the scale of the process, the movement takes place essentially during the surf action. The formation and the geometry of the Miquelon-Langlade tombolo is due to two important factors, the presence of available important sedimentary stock and the existence of different hydro-meteorological conditions between both coasts. The west coast presents generalized erosion in opposition to the accretion of the east coast. This evolution suggests a possible reopening of the tombolo in the short-term

L’objectif de la thèse est de développer un outil numérique pour la simulation des écoulements générés dans les milieux peu profonds que sont des baies tidales. Ces lagunes, protégées de la houle par un système de flèche et de passes, présentent des étendues intertidales considérables, alternativement couvertes et découvertes par l’oscillation du plan d’eau au cours de la marée. Leurs bathymétries, faites de réseaux de chenaux creusant les estrans, sont souvent fortement irrégulières. Nous cherchons donc à construire un code robuste et précis, associant de manière originale des modèles et des méthodes numériques disponibles dans la bibliothèque numérique d’un logiciel préexistant (AQUILON), dans le but de satisfaire simultanément les conditions fortes suivantes: résoudre les équations en eaux peu profondes hyperboliques (équations de Saint-Venant), permettre l’utilisation de grands pas de temps et la gestion de topographies irrégulières, enfin traiter convenablement les zones intertidales. L’outil numérique réalisé résout implicitement les équations de l’écoulement sur une grille cartésienne fixe décalée et une méthode de pénalisation assure le traitement des zones intertidales. Le code est d’abord validé sur des cas tests académiques puis appliqué à l’étude d’un site côtier naturel à bathymétrie irrégulière: le Bassin d’Arcachon. L’ajustement de l’hydrodynamique nous permet d’une part de montrer la validité de notre modèle sur site réel, d’autre part de proposer une description physique du comportement hydraulique de la lagune et d’émettre ensuite des hypothèses quant aux mouvements sédimentaires et aux évolutions morphodynamiques susceptibles d’être observés en son sein.

Dans les environnements côtiers, les interactions entre les processus morphodynamiques, océanographiques et anthropiques (agissant sur différentes échelles de temps) contrôlent l'évolution des systèmes littoraux. Cette thèse est axée sur une échelle de temps séculaire afin de déterminer l'influence non seulement des activités humaines, mais aussi l'impact du changement climatique. Le long de la côte nord de la France, des mesures de niveau d'eau ont été effectuées depuis le début du 19ème siècle et conservées dans les archives du Service Hydrographique et Océanographique de la Marine (Shom). Parrallèlement à ces mesures tidales, des levés hydrographiques ont été effectués pour cartographier les fonds marins de cette zone côtière, caractérisée par la présence de nombreux bancs sableux, formant des corps sédimentaires massifs parallèles à subparallèles au rivage. Pour déterminer les tendances à long terme, la numérisation et l'analyse des documents historiques ont été réalisées. Ceci a permis de reconstituer les variations du niveau de la mer à Dunkerque et Calais, et d'évaluer les changements de la morphologie et de la position des bancs sableux. A partir de ces séries inédites, l'étude de l'évolution des niveaux marins moyens et des composantes de marée a révélé des changements significatifs. De plus, l'évolution bathymétrique a montré des variations morphologiques importantes depuis le 19ème siècle, qui sont en grande partie dues à la mobilité des bancs sableux. Afin d'étudier l'influence des changements morphologiques sur les processus hydrodynamiques, une modélisation numérique de la propagation de la houle et de la circulation tidale a été réalisée à l'aide de module de la chaîne de calcul TELEMAC. Dans un contexte d'érosion sédimentaire, une accélération des courants et une augmentation de la hauteur des vagues le long du rivage sont détectées. Inversement, dans un contexte d'accumulation sédimentaire, nos résultats mettent en évidence une diminution de la vitesse des courants et une plus grande dissipation de l'énergie des vagues dans les petits-fonds. Cette étude souligne le rôle des rétroactions morphologiques entre l'hydrodynamique côtière et la morphologie du littoral. L'identification de ces mécanismes à une échelle de temps séculaire est essentielle pour évaluer les facteurs potentiels des changements côtiers
In coastal environment, interactions between morphodynamic, oceanographic and anthropic processes (acting over different timescales) control coastal systems evolution. This thesis is focused on long-term trends to determine the influence not only of human activities, but also the impact of climate change. Along the Northern coast of France, water level measurements were carried out since the early 19th century and tidal records were stored in the French Hydrographic Service (Shom) archives. At the same time that these measurements were conducted, hydrographic surveys were made for mapping the seabed of the coastal zone where tidal sand banks are common, forming linear shore-parallel or slightly oblique massive sand bodies. To determine long-term trends, digitization and analysis of these historical records were undertaken, enabling to reconstruct past sea-level changes and assess changes in sand bank morphology and position. Analysis of long tidal records suggests significant changes in tidal levels and a strong variability in the main tidal constituents. Moreover, analyses of bathymetry changes shows significant morphological variations across the shoreface since the 19th century, which are largely due to sand bank mobility. Numerical modelling of wave propagation and tidal circulation was performed using the TELEMAC suite of models to relate the observed changes in shoreface and nearshore morphology with possible variations in hydrodynamic processes. Under eroding conditions, an acceleration of tidal currents and an increase in wave height are obtained. Conversely, accumulation leads to an hydrodynamic regime weakening with a decrease in current velocity and to more wave energy dissipation in the nearshore. This study highlights the role of morphological feedbacks between nearshore morphology and coastal hydrodynamics. The identification of these feedbacks mechanisms at a secular time scale is important to assess potential drivers of coastal changes

Les courants marins sont aujourd’hui considérés comme une source d’énergie renouvelable prometteuse. De nombreux projets internationaux consistent à installer différents types de convertisseurs d’énergie des courants marins. La caractérisation des ressources marines est alors essentielle pour optimiser cette production d’énergie. En particulier, les zones à fort potentiel hydrolien sont sujettes à une turbulence multi-échelles, allant de petits tourbillons capables de solliciter les pales en fatigue aux gros tourbillons pouvant perturber la production de la turbine. Une meilleure connaissance de la génération de ces tourbillons et de leur propagation est essentielle. C’est l’objet du projet ANR/FEM THYMOTE (Turbulence, Hydrolienne, Modélisation, Observations et TEsts en bassin) avec comme site d’étude le Raz Blanchard : l’un des sites les plus prometteurs d’Europe. L’une des questions posées concerne la capacité des grandes structures morphologiques du fond marin à produire des tourbillons. La méthode utilisée est l’emploi d’un modèle régional 3D pour couvrir la zone occupée par ces reliefs.Les modèles régionaux tels que TELEMAC-3D utilisent une fermeture turbulente de type URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes), avec par exemple le modèle $k-\varepsilon$. Cette approche ne permet pas une description fine des instationnarités de la turbulence. Cependant, grâce à l’augmentation des performances de calcul, la méthode Large Eddy Simulation (LES) devient envisageable. Celle-ci s’appuie sur un filtrage de l’écoulement, et consiste à simuler uniquement les plus grandes échelles de turbulence. Les plus petites, elles, sont modélisées. Le code TELEMAC-3D a été modifié durant cette thèse de manière à introduire cette fermeture turbulente. Le code développé permet de simuler des écoulements à surface libre en tenant compte d'une large gamme d'échelles allant de la turbulence à la propagation de la marée. Le code TELEMAC-LES a été validé sur la base de résultats expérimentaux issus de la littérature. Il est ensuite utilisé pour étudier les écoulements turbulents dans le Raz Blanchard grâce à une stratégie par emboîtement. La méthode LES permet alors une description fine de la turbulence de ces milieux, conduisant à l’identification de structures tourbillonnaires énergétiques, et donc la définition des zones les plus appropriées pour l’installation d'hydroliennes
Nowadays tidal currents are considered a promising renewable energy source. Many worldwide projects involve the installation of different types of marine current energy converters. The characterisation of marine resources is therefore essential to increase efficiency of energy production. Areas with high hydroturbine potential are particularly subject to multi-scale turbulence, ranging from small vortices able to cause large fatigue loads, to large vortices capable of disrupting turbine production. A better knowledge of the generation of these eddies and their propagation is essential. This is the purpose of the ANR/FEM THYMOTE project (Turbulence, Hydrolienne, Modélisation, Observations et TEsts en bassin) studying one of the most promising sites in Europe: the Alderney Race. One of the questions raised concerns the ability of large morphological structures on the seabed to produce eddies. The adopted method uses a 3D regional model to cover the area occupied by these bedforms.Regional models such as TELEMAC-3D use a turbulent URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes) closure, with for example the $k-\varepsilon$. This approach does not allow a detailed description of the instability of turbulence. However, thanks to the increase in computing resources, the large scale method (LES) becomes feasible. This is based on flow filtering, and consists of simulating only the largest turbulence scales, whereas the smaller ones are modeled. The TELEMAC-3D code was modified during this thesis in order to introduce this turbulent closure. The code developed allows free surface flows to be simulated over a wide range of scales from turbulence to tidal propagation. The TELEMAC-LES code has been validated on the basis of experimental results from the literature. It is then used to study turbulent flows in the Alderney Race using a nesting strategy. The LES method allows a detailed description of the turbulence of these environments. It finally leads to the identification of energetic vortex structures, and thus the definition the most appropriate zones for the installation of tidal turbines