Réflexion et diffusion des vagues par une topographie sous-marine

par Rudy Magne

Thèse de doctorat en Sciences. Océanographie physique

Sous la direction de Vincent Rey.


  • Résumé

    A l'approche de la côte la houle est fortement modifiée par la topographie sous-marine. Si la réfraction est souvent le phénomène majeur, il existe d'autres phénomènes moins connus comme la réflexion ou plus généralement la diffusion des vagues par le fond qui peuvent se révéler tout aussi importants. La modélisation des vagues dans ces zones est d'autant plus délicate que les courants peuvent y être importants, ce qui complique la propagation de la houle. La diffusion des vagues par la topographie sous-marine est étudiée par une approche spectrale via un terme de source facilement introduit dans les modèles de vagues spectraux opérationnels. Cette approche peu coûteuse numériquement, représente la topographie par son spectre de variance. Elle se révèle particulièrement précise lorsque les amplitudes du fond sont faibles, et s'applique aussi à des fonds localisés. Pour de grandes amplitudes, comme un canyon sous-marin, l'évolution des vagues est bien représentée avec un modèle elliptique déterministe aux modes couplés, mettant en avant l'importance de la réflexion dans le processus de transmission au-dessus de cet obstacle. L'effet du courant sur la diffusion des vagues est ensuite examiné. Le décalage des fréquences résonantes pour des vagues se propageant au-dessus d'un fond sinusoidal en présence d'un courant uniforme, calculé théoriquement, est mis en évidence expérimentalement lors d'une campagne de mesure en bassin. La prise en compte du courant dans le terme de source permet la mise en évidence des effets du courant sur la diffusion des vagues par des fonds aléatoires. Des expériences numériques pour des vagues se propageant au-dessus de dunes sous-marines balayées par des courants de marée importants (bathymétrie typique en Mer du Nord) ont montré un décalage important de la direction moyenne de propagation ainsi qu'un fort élargissement du spectre directionnel

  • Titre traduit

    Reflexion and scattering of waves by a submarine topographie


  • Résumé

    Waves entering in shallow water are largely modified by the submarine topography. If refraction plays the major role in this process, other less known phenomena like wave reflection or more generally wave-bottom scattering can be significant. The Modelling of wave propagation in such areas is as much complicated by strong currents, particularly tidal currents. Wave-bottom scattering is investigated from a spectral approach with a source term, easily introduced in operationals spectrals wave models. This numerically efficient approach is found to be accurate, particularly when the bottom amplitudes are small, and is also valid for localized scatterers. For large amplitude topographies, as a submarine canyon, the wave evolution is accurately represented with a deterministic coupled-mode elliptic model, and the importance of the reflection in the transmission process over this obstacle is highlighted. The current effect on the wave-bottom scattering is then investigated. The shift of the resonant wave frequencies for waves propagating over sinusoidal bottom in presence of a uniform current is calculated theoretically, and verified experimentally in the laboratory. A theory for the scattering of waves in the presence of a uniform current is developped for application to the continental shelf. Numerical experiments for waves propagating over sand waves with large tidal currents (typical bathymetry in the North Sea) revealed an important shift for the mean wave direction, and a significant directional broadening for the surface spectrum.

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  • Détails : 1 vol. (208 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie p.201-208

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