Modélisation expérimentale et analyse spatio-temporelle de l'hydrodynamique de la zone de déferlement à la zone de swash

Hydrodynamics experimental modelisation and spatio-temporal analysis from the breaking zone to the swash zone

• Auteur / Autrice : Simon Peronne
• Direction : Franck Levoy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement d'images -- Techniques numériques

Écoulement instationnaire (dynamique des fluides)

Interaction fluide-structure

Résistance de frottement (hydrodynamique)

Ondes de surface

Vagues

Résumé

Une étude de la dynamique de la surface libre et de l'écoulement, de la zone de déferlement à la zone de swash, est proposée sur la base de résultats obtenus à partir d'une modélisation expérimentale en canaux à houles, d'un suivi lagrangien de la surface libre et de mesures eulériennes de l'écoulement interne. Après un rappel des résultats obtenus, une première partie est consacrée à la description des chaines de mesures, à la validation des outils de mesures dans cette zone et à la présentation des scénarios de houles envisagés. L'emploi d'outils algébriques et analytiques dans le traitement des données est décrit et justifié. Une méthode d'extraction de la célérité du bore en zone de surf à partir de mesures vidéo est également présentée. Le travail d'analyse s'articule en quatre étapes. Une analyse des caractéristiques du bore dans la zone de surf est proposée à partir des mesures vidéo. La génération et la libération éventuelle d'ondes secondaires (hautes ou basses fréquences) à partir de processus non-linéaires, par l'intermédiaire de différentes approches classiques et originales, est traitée. Un parallèle entre la génération d'ondes secondaires et la dissipation d'énergie potentielle est proposé, ainsi qu'une étude sur les appariements d'ondes. L'écoulement interne dans la zone de transition entre la zone de surf interne et la zone de swash est étudié afin de décrire les interactions entre les courants de retour générés durant la phase de backwash et le bore incident. Enfin, après avoir fait une analyse des conditions aux limites en zone de surf interne, une dernière partie est consacrée à l'étude de l'écoulement dans la zone de swash, des contraintes sur le fond et du coefficient de friction associé.

A study on the dynamics of the free surface and flow from the surf zone to the swash zone is proposed, based on results obtained from an experimental model in wave flumes, monitoring Lagrangian of the free surface and Eulerian measurements of the internal flow. After an inventory of results related to this area, a first part is devoted to the description of measuring systems, validation of measurement tools in this area and the presentation of the possible swells scenarios. Secondly, the use of algebraic and analytic tools in data processing is described and justified. A method for extracting the bore velocity from the surf zone from video measurements is also presented. The analytical work is divided into four stages. An analysis of the characteristics of the bore in the surf zone is proposed based on the video measurements. Then, the generation and eventual release of secondary waves (high or low frequencies) from non-linear processes, through different approaches classical and original, is treated. A comparison between the secondary wave generation and the dissipation of the potential energy is proposed and a study on wave pairing is also written. Thus, the internal flow in the transition zone between the inner surf zone and swash zone is studied to describe the interactions between offshore currents generated during the backwash phase and incident bore. Finally, after an analysis of boundary conditions in the inner surf zone, the last part is devoted to the study of the flow in the swash zone and the related bottom shear stress and friction factor.