Etude expérimentale de l'interaction entre deux vagues successives dans la zone littorale proche

Experimental study of the interaction between two waves in the nearshore area

• Auteur / Autrice : José Barale
• Direction : Dominique Astruc, Laurent Lacaze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Surfaces Interfaces Continentales Hydrologie
• Date : Soutenance le 30/04/2019
• 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 : Stéphane Abadie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Astruc, Laurent Lacaze, Stéphane Abadie, Frédéric Bouchette, Nadia Sénéchal, Olivier Thual
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Bouchette, Nadia Sénéchal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Barrages

Hydrodynamique

Mots clés libres

Rupture de barrage

Hydrodynamique

Ressauts propagatifs

Zone de swash

Dambreak

Hydrodynamics

Bores

Swash zone

Résumé

Ce travail porte sur l’étude des processus hydrodynamiques consécutifs à l’interaction entre deux ressauts hydrauliques propagatifs, particulièrement lorsqu’elle intervient sur une plage faiblement inclinée, ou à proximité. L’étude est menée dans un dispositif expérimental original constitué d’un canal de faible longueur, fermé à ses extrémités, et par deux vannes séparant le canal en trois parties de longueurs variables, remplies à des niveaux différents, qui définissent deux réservoirs et une ''zone de large''. A l’autre extrémité du canal est disposé un plan incliné, imperméable, qui modélise la plage. Les ouvertures des vannes, rapides et décalées d’un intervalle de temps contrôlé (rupture de barrage), génèrent deux vagues successives qui interagissent avant ou sur la plage, ou après que l’une d’entre-elles se soit préalablement réfléchie dessus. Un dispositif de métrologie optique – ''ombroscopie'' – permet la mesure à haute fréquence de la position de l’interface libre au cours du temps. Lors de la caractérisation du dispositif expérimental, nous avons mis en évidence que la célérité du front consécutif à une rupture de barrage suit un modèle théorique basé sur une méthode des caractéristiques pour les équations de Saint-Venant, obtenues dans l’approximation d’eau peu profonde (''shallow water''), et proposé par Stoker (1957), malgré quelques effets qui perturbent cette dynamique comme la taille finie des réservoirs par exemple. Nous observons en particulier que cette célérité dépend principalement de la nonlinéarité et faiblement de la dispersion, en accord avec l’approximation d’eau peu profonde. Lors de la génération de deux ressauts hydrauliques successifs, nous proposons deux modélisations simples pour décrire la dynamique initiale du déplacement du deuxième front, avant qu’il n’interagisse avec le premier. Ces modèles simples encadrent la solution réelle, mais se heurtent également aux effets de taille finie des réservoirs. Les interactions des deux ressauts ''similaires'' sur la plage, ou à proximité, et la dynamique de la lame d’eau sur la plage, sont analysées en fonction du décalage temporel, et de l’angle de pente de la plage, en considérant la nature ''fusion'' ou ''collision'' de l’interaction. Pour un angle de plage donné, le ''run-up ''maximum est obtenu, dans notre étude, pour un déphasage entre les fronts qui entraîne une interaction de ''fusion'' au début de la plage. L’angle de plage optimum, dans ce cadre, semble correspondre à un type de plage intermédiaire entre une plage très réflective et uneplage dissipative

This study investigates the hydrodynamic processes resulting fromthe interaction between two bores, particularly when these happen on a beach with a gradual slope or nearby. The research was conducted with a new experimental device. The latter was designed with a short channel, closed at both ends, with two gates separating the channel in three parts of varying lengths and filled to different levels, defining respectively two reservoirs and a “nearshore zone”. At the other end of the channel lies an inclined, impermeable plane, which represents the beach. The rapid openings of the gates, with a controlled lag time, generate two successive waves that interact either before or on the beach, or after one of them swashes on the beach. A classical shadowgraphy method enables high frequency measurement of the free interface position over time. During the characterisation of the experimental device, we demonstrated that the velocity of the front originating from the dam break follows a theoretical model based on the characteristics evolution of the hyperbolic Saint-Venant equations obtained in the shallow water approximation, and proposed by Stoker (1957) fairly well. This occurs despite some effects that disrupt this dynamic, as for instance the finite size of the thanks. In particular, we observe that the front velocity depends mostly on non-linearity and not on dispersive effects, accordingly to shallow water approximation. During the generation of two successive bores, we propose two simple modelizations to describe the initial dynamics of the displacement of the second front, before it interacts with the first one. These simple models frame the actual solution, but also collide with the finite size effects of the reservoirs. The interactions of the two ''similar'' bores on the beach, or nearby, and the dynamics of the water lens swashing on the beach are analysed according to the time shift, and the angle of slope, considering the nature ''fusion'' or ''collision'' of the interaction. For a given beach angle, our study obtained the maximum run-up with a time shift that generates a merging of the fronts at the beginning of the shore. It appears that the optimum angle in this settingmatches that of a type of intermediate beach between a very reflective and a dissipativebeach