Modélisation de l'évolution morphodynamique des dunes sous-marines

Modelling of the morphodynamic evolution of submarine sand dunes

• Auteur / Autrice : Arnaud Doré
• Direction : Philippe Bonneton, Thierry Garlan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'environnement
• Date : Soutenance le 11/12/2015
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Luc Schneider
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Marieu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Serge Berné, Xavier Bertin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sédiments (géologie) -- Transport

Écoulement permanent

Simulation par ordinateur

Dynamique

Barres sableuses

Mots clés libres

Dunes

Rides

Évolution morphodynamique

Processus physiques

Formes surimposées

Dunes

Ripples

Morphodynamic evolution

Physical processes

Superimposed bedforms

Résumé

Les dunes de sable sont des formes très présentes en milieu marin. Comprendre l'évolution des dunes est un enjeu important pour prévoir les caractéristiques de l'écoulement, les flux sédimentaires, et les variations de la bathymétrie. Les dunes sous-marines représentent un risque pour les activités humaines, a fortiori avec l'intérêt croissant pour les énergies marines renouvelables, pour la navigation, ou l'industrie offshore. Bien que la connaissance des dunes représente un intérêt scientifique et opérationnel de premier ordre, les processus physiques conduisant leur évolution sont toujours mal compris. En outre, la prévision de leurs caractéristiques géométriques et de leur dynamique basée essentiellement sur des formules empiriques reste peu précise. Dans ce travail de thèse, un modèle numérique est d'abord utilisée pour modéliser les dunes soumises à un écoulement stationnaire. Les simulations reproduisent l'évolution d'un fond faiblement perturbé jusqu'à un champ de dunes en équilibre avec l'écoulement et apportent des connaissances approfondies sur les processus physiques mis en jeu. Ensuite, les résultats d'un ensemble de campagnes de mesures réalisées dans la passe sud du bassin d'Arcachon permettent d'étudier la dynamique des dunes tidales in situ et relier leur asymétrie et leur migration aux résiduels de transport sédimentaire. Enfin, l'application du modèle numérique avec les conditions de forçages extraites des campagnes de mesures permet de reproduire la dynamique des dunes tidales ainsi que la génération de rides d'un ordre de grandeur comparable aux rides surimposées observées in situ. Ces résultats ouvrent des perspectives intéressantes en vue du développement d'un modèle opérationnel de prévision de la dynamique des dunes tidales.

Sand dunes are ubiquitous beforms in nature within subaqueous environments. Understanding dune evolution is important issue to accurately predict the ow circulation, sediment uxes and bathymetric variations in sandy subaqueous environments. Sand dunes may pose a significant risk for offshore activities in coastal environments, especially with the growing development of renewable marine energy, for navigation or the offshore industry. Although sand dunes represent a great scientific and operational interest, their evolution is still poorly understood due to their complex behavior. The aim of the thesis work was to study the physical processes driving the evolution of subaqueous sand dunes and to understand their in situ dynamics within tidal environments. First, a numerical model was employed to simulate sand dunes under stationary current conditions. The simulations reproduced the morphodynamic evolution of a slightly perturbed bed until a steady sand dune field in equilibrium with the ow. The results offered a deeper understanding of the physical processes driving the bed evolution to equilibrium. Second, an array of in situ measurements was carried out into the Arcachon inlet, in southwest France, to study the dynamics of tidal sand dunes. For the first time their asymmetry and migration rates were linked to the sediment uxes residuals on a spring-neap tidal cycle. Finally, the numerical model was adapted both to simulate the dynamics of tidal sand dunes, and generate bedforms of the same order of magnitude as the in situ dune-superimposed ripples starting from a at bed. These results open promising perspectives for the development of a numerical tool capable of predicting the behavior of sand dunes within tidal environments.