Investigation numérique des processus de vagues et des dynamiques de circulation induites par les vagues dans la zone côtière

Numerical investigation of wave processes and wave-driven circulation dynamics in the nearshore

• Auteur / Autrice : Diego Slamovitz syrowicz
• Direction : Volker Roeber, Morales Mario
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique des fluides 1
• Date : Inscription en doctorat le 27/07/2023
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences pour l'Ingénieur Appliquées à la Mécanique et au génie électrique

Mots clés

Mots clés libres

Vagues

Processus côtières

Développement numérique

Dispersion de particules

Ocean waves

Nearshore dynamics

Numerical development

Particle dispersion

Résumé

Dans de nombreux endroits du monde, des ressources d'une grande importance environnementale et économique sont régulièrement menacées par la présence de particules indésirables - liées à la pollution issue de l'agriculture, des algues toxiques, des sédiments contaminés ou d'autres formes de polluants dissous - qui se mélangent et sont transportées dans des environnements côtiers. Bien que des modèles de circulation générale existent et sont utilisés dans les prévisions opérationnelles, les mécanismes qui contrôlent la distribution et la dissolution des substances à proximité de la côte et les processus sous-jacents ne sont actuellement pas bien compris. Dans la plupart des cas, des interactions complexes entre le champ de vagues et la bathymétrie sont la force motrice des courants, qui à leur tour entraînent la dispersion et la dilution des particules. La quantification de ces processus est nécessaire afin de mieux comprendre les facteurs fondamentaux qui régissent le problème et de les représenter dans des modèles numériques pour prédire la dispersion des contaminants dans les zones littorales. Les travaux de développement de la chaire E2S HPC-Waves sur les modèles numériques à résolution de phase fournissent une base solide pour les calculs des processus d'ondes littorales à un coût de calcul relativement faible en raison de l'intégration en profondeur. Cette thèse vise à s'appuyer sur ce socle, par couplage entre les équations de transport et les codes d'ondes existants de la chaire, pour pouvoir évaluer la diffusion et la distribution de particules, en particulier nutriments et polluants, dans des environnements côtiers. Bien que le processus de mélange soit essentiellement un problème d'advection-diffusion, il est encore nécessaire d'exprimer adéquatement ces termes d'une manière intégrée en profondeur sans perte de généralité sur les processus de transport vertical.

My work focuses on the study of wave processes and circulation dynamics in the nearshore, through the use of numerical models. In numerous locations around the world, resources of great environmental importance and economic value are regularly threatened by undesirable particles - linked to pollution from agriculture, toxic algae, contaminated sediments or other forms of dissolved pollutants - being mixed and transported in nearshore environments. Though general circulation models exist and are used in operational forecasts, the mechanisms that control the distribution and dissolution of substances in vicinity to the shoreline and the underlying processes are currently not well understood. In most cases, complex interactions between the incoming wave field and the bathymetry are the driving force for currents, which in turn drive particle dispersion and dilution. Quantifying these processes is necessary in order to better understand the fundamental factors that govern the problem and to represent them in numerical models to predict the dispersion of contaminants in nearshore areas. The development work of the E2S chair HPC-Waves on phase resolving numerical models provides a solid foundation for computations of nearshore wave processes at relatively low computational cost due to depth-integration. This thesis aims to build on this foundation, through improvement of the existing wave codes of the chair, to be able to assess wave-driven currents, and ultimately mixing and transport of particles, such as nutrients and pollutants, in nearshore environments.