Etude expérimentale de l'érosion d'un massif de sable cohésif par une houle monochromatique

Experimental study of erosion of cohesive sand massif by monochromatic waves

• Auteur / Autrice : Bastien Caplain
• Direction : Dominique Astruc, Vincent Regard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science de la Terre et des Planètes Solides
• Date : Soutenance le 15/11/2011
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique des fluides de Toulouse (1930-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Thual
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Astruc, Vincent Regard, Olivier Thual, Hervé Michallet, Stéphane Bonnet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Delacourt, Jérôme Brossard

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation expérimentale

Falaise

Vagues monochromatiques

Vitesse de recul

Morphodynamique

Encoche

Côte rocheuse

Plate-forme

Barre

Plage

Erosion

Experimental model

Cliff

Monochromatic waves

Recession rate

Morphodynamics

Notch

Rocky shore

Platform

Sandbar

Beach

Erosion

Résumé

La plupart des côtes de la Terre reculent et 80% sont rocheuses. La prévision du recul des falaises littorales est primordiale afin d’anticiper les risques futurs pour les aménagements littoraux. Cependant, la compréhension de ce recul est difficile car de nombreux paramètres le contrôlent. Des expériences en canal à houle de petite échelle ont été effectuées où nous avons mis en place un massif de sable humide soumis à l’attaque des vagues par sapement. Le but est de comprendre comment l’effet des vagues contrôle l’érosion des falaises. La technique de mesure par ombroscopie a été employée et nous a permis de détecter la surface du sable et la surface libre en fonction du temps. Nous avons ainsi analysé l’influence du forçage des vagues (F, ξ) (où F est le flux d’énergie des vagues incidentes au large et ξ est le paramètre de similitude de “surf”) sur la vitesse de recul de la falaise et sur la profondeur des évènements d’effondrement. La vitesse de recul de la falaise augmente linéairement avec le flux d’énergie F. Les débris de falaise érodés changent la morphologie du fond, les types de morphologie du fond dépendent fortement du paramètre de similitude de “surf” au déferlement, ou encore du paramètre de Dean Ω. Des profils du fond instationnaires présentant une oscillation auto-entretenue de la barre sédimentaire ont été observés. Nous avons de plus étudié l’effet de la granulométrie du sable utilisé : pour un sable plus fin, la falaise est plus cohésive et s’effondre au cours d’évènements de plus grande ampleur. Etonnamment, le recul de la falaise est plus important pour du sable fin. Ceci est probablement dû à une modification de la morphologie du fond conduisant à une dissipation de l’énergie des vagues moins importante. Le volume de sable injecté dans le système a finalement été quantifié, la barre sédimentaire a d’abord été prélevée périodiquement et il a été observé que la vitesse de recul de la falaise vr est constante. Puis, la hauteur de falaise a été modifiée, le recul des falaises est plus important pour des petites falaises. Il semblerait que l’instationnarité d’un profil du fond se déclenche à partir d’un volume seuil de sable érodé.

Most of the Earth coasts recedes and 80 % are rocky. Prediction of sea-cliff recession is essential to anticipate future risks for coastal development. However, it is difficult to understand this recession because many parameters control it. In addition, both the space and time scales are too big for the different mechanisms of cliff erosion to be fully analysed. Experiments in a small-scale wave flume were conducted in which a massif made of wet sand is submitted to wave attack. The aim is to understand how cliff erosion is wave-controlled. The technique of shadow graph measurements was used to detect the time evolution of sand and water surfaces. We have analyzed the influence of wave forcing (F, ξ) (where F is the incident offshore wave energy flux and ξ is the surf similarity parameter) on the cliff recession rate and on collapse event size. The cliff recession rate increases linearly with the wave energy flux F. The eroded cliff materials change the bottom morphology ; the types of bottom morphology strongly depend on the surf similarity parameter at the breaker point, or the Dean parameter Ω. Bottom profiles characterized by unsteady self-sustained sandbar oscillation were observed. In addition, we studied how sand granulometry change the system evolution. Finer the sand is, more cohesive is the cliff and bigger are cliff collapses. Contrary to what was expected, cliff recession is more important for a finer sand : this could be due to a more dissipative bottom morphology built by fine sands. The sand volume within the system changes following cliff collapses and a sandbar removal during particular experiments. The cliff recession rate is constant when the sandbar is removed and decreases with cliff height. It seems that the unsteadiness of the bottom profile is activated when the volume of eroded sand exceeds a threshold value.