Étude de la dispersion horizontale en zone littorale sous l'effet de la circulation tridimensionnelle forcée par les vagues : application à la baie de Saint Jean de Luz - Ciboure et au littoral de Guéthary-Bidart

Horizontal nearshore dispersion under the effect of the three dimensional circulation forced by waves : application to the bay of Saint Jean de Luz - Ciboure and the beaches of Guéthary-Bidart

• Auteur / Autrice : Matthias Delpey
• Direction : Fabrice Ardhuin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie physique
• Date : Soutenance le 26/11/2012
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Lyonnaise des eaux (1880-1990)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d’océanographie spatiale (Plouzané, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Carton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Ardhuin, Xavier Carton, Michel Benoit, Philippe Bonneton, Patrick Marsaleix, Pantxika Otheguy Mendionde
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Benoit, Philippe Bonneton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Circulation océanique

Mots clés libres

Interactions vagues-courant

Modélisation numérique 3-D

Mesures in situ

Dispersion

Panaches estuariens

Dynamique littorale

Wave-current interactions

3-D numerical modeling

In situ measurements

Dispersion

River plumes

Nearshore

Résumé

Ce travail de thèse apporte des éléments en vue d’une meilleure compréhension de la circulation et des processus de dispersion associés aux vagues à proximité des plages. Un outil de modélisation numérique opérationnelle a été développé, fondé sur le modèle spectral d’état de mer WAVEWATCH III R et le modèle hydrodynamique 3-D MOHID Water. Le code MOHID a été étendu à l’approche glm2z pour la représentation des interactions 3-D vagues-courant. Les développements théoriques permettant l’obtention des équations glm2z sont rassemblés et détaillés dans ce travail. L’implémentation de ces équations au sein de l’outil de modélisation est exposée. L’outil construit est validé sur deux cas académiques, où est mise en évidence sa capacité à reproduire la solution fournie par des modèles numériques de référence. Par la suite, la modélisation est combinée à des observations in situ pour étudier deux sites de la côte Sud Atlantique française. Ces sites correspondent à des configurations littorales complexes, associant une influence significative des vagues et une stratification haline notable de la colonne d’eau. La confrontation des résultats du calcul 3-D aux mesures fournit des résultats encourageants et apporte des éléments utiles pour la compréhension de la variabilité des courants et des profils de salinité observés. Une baie estuarienne semi-fermée est tout d’abord étudiée. La modélisation y suggère un effet significatif des vagues sur la dispersion des panaches estuariens, susceptible d’impacter la vidange globale de la baie à l’échelle d’un épisode de précipitations. Le second site d’application permet l’étude de la circulation intense induite par les vagues au-dessus d’un système barre/chenal, ainsi que la dispersion des eaux douces introduites par une rivière dans la zone de déferlement. Ce travail fournit finalement un outil de modélisation 3-D pour l’étude de la circulation et du transport sous l’effet de l’ensemble des forçages littoraux.

This work aimed at providing a better understanding of nearshore circulation and dispersion processes under the effect of waves. An operational numerical modeling tool was developed, based on the spectral wave model WAVEWATCH III R and the 3-D hydrodynamical model MOHID Water. The MOHID implementation was extended to the glm2z approach for 3-D wave-current interactions. Theoretical developments leading to glm2z equations are gathered and detailed in the present work. The numerical implementation of glm2z equations is described. The model is validated in academic cases, in which the obtained solution is shown to be consistent with that provided by reference numerical models. Both numerical modeling and in situ measurements are then used to study two nearshore environments, located on the French South Atlantic coast. These complex areas combine a significant effect of waves on dynamics and remarkable salinity stratification. Comparison of 3-D model results with field data are encouraging and offers interesting insights for current and salinity profile variability. Dynamics of a semi-enclosed estuarine bay is first studied. Modeling results suggest that waves may have a significant impact on river plumes, leading to a reduction of the global bay flushing during a raining event. The second study site allows the investigation of the intense circulation generated by waves over a ridge and runnel system, and the dispersion of reshwaters introduced in the surfzone by a small river. Finally, this work provides a 3-D numerical modeling tool for the study of the circulation and related transports under the effects of nearshore forcings.