L'impact des tempêtes sur les plages de poche aménagée

par InakiCamus De Santiago Gonzalez

Thèse de doctorat en Génie Civil

Sous la direction de Stéphane Abadie.


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte sur l'étude du comportement morphodynamique d'une plage de poche, partiellement aménagée, lors des événements de tempête. La plage de Zarautz (Espagne) a été choisie comme site d'étude en raison de son climat de vagues et de sa configuration. La plage est limitée latéralement par des falaises rocheuses. Elle présente un système dunaire sur la partie est et une digue aménagée en promenade sur le reste de la plage. Le climat de houle au large de Zarautz (bouée de Bilbao) est caractérisé par une faible variabilité directionnelle. Dans 95 % des cas, les vagues proviennent de directions comprises entre l'Ouest (O) et le Nord (N). Les conditions de vague à l'approche de la plage de Zarautz sont quasi unidirectionnelles et peuvent présenter une variabilité longitudinale. La variabilité temporelle et spatiale des barres sableuses d'avant côte, a été étudiée à partir de l'analyse d'images vidéo enregistrées quotidiennement sur une période de deux années. Les résultats montrent que d'un point de vue hydrodynamique la plage se comporte la plupart du temps comme une plage ouverte. Toutefois, elle peut également présenter une circulation de type cellulaire au cours des événements de haute énergie. La morphologie de la plage présente une grande variabilité spatiale et temporelle. On remarque également des différences morphologiques notables entre la partie aménagée et la partie est de la plage. Pour étudier la réponse morphologique de la plage à des événements de haute énergie, des relevés topographiques ont été menés avant et après plusieurs tempêtes. Les courants d'arrachement, stables et persistants pendant des conditions énergétiques modérées à fortes peuvent éroder localement la zone intertidale de la plage. Dans des conditions de haute énergie et lors de marées de vives eaux le haut de plage et le cordon dunaire sont érodés. A l'inverse, lors de conditions de haute énergie qui coïncident avec des marées de mortes-eaux, l'évolution de l'estran, de l'arrière-plage et de la dune sont essentiellement contrôlées par les caractéristiques des vagues plutôt que par l'amplitude de la marée. Afin d'analyser et de compléter les résultats obtenus, une étude numérique a été réalisée à partir du code open source XBeach. En raison de l'absence de données de bathymétrie, le modèle d'assimilation de données Beachwizard a été utilisé afin d'estimer la bathymétrie à partir des images collectées par la station vidéo. La possibilité de forcer ce modèle avec des conditions de vagues variables le long de la limite du domaine de calcul a été mise en œuvre. Les résultats montrent que la prise en compte de conditions limites variables améliore la capacité du modèle à estimer la bathymétrie. Les tests de calibration du modèle XBeach révèlent que les résultats peuvent varier considérablement en fonction des paramètres choisis. Toutefois, les résultats du modèle XBeach semblent peu sensibles aux caractéristiques du spectre de vagues utilisé pour forcer le modèle. Une série de simulations ont été réalisées afin d'étudier le cluster de tempêtes de Février 2013 en analysant non seulement l'influence de la chronologie des différentes tempêtes mais aussi du niveau d'eau au cours de cette période. Ces simulations ont permis de mettre en évidence que les mouvements sédimentaires sont dominés par un transfert de sable de la dune vers la zone intertidale sans période de reconstruction de la dune. L'érosion des différentes sections de la plage est fortement corrélée au niveau d'eau. L'érosion de la dune et de l'arrière-plage ne se produit que lorsque les niveaux de marée élevés prévalent alors que la zone intertidale est érodée à marée basse. Il apparaît que l'impact des tempêtes sur la plage est beaucoup plus dépendant du niveau d'eau que de la chronologie des événements énergétiques au cours d'un cluster de tempêtes.

  • Titre traduit

    Storm impact on engineered pocket beaches


  • Résumé

    The aim of this study is to understand the response of engineered pocket beaches to storms. To that end, a series of video images, field topographical measurements and depth-averaged (2DH) process-based model have been used. The beach of Zarautz was chosen as a study site due to its wave climate characteristics and beach configuration. It is an embayed beach composed by two well defined regions, a dune system and an engineered section. The offshore wave climate is characterised by a low directional variability. The 95 % of the cases ranges from W to N directions. The high energetic events are seasonally variable. Most of the storms take place during winter and autumn. The wave climate at the beach of Zarautz is almost unidirectional and it presents certain alongshore variability. The temporal and spatial variability of nearshore sandbars, using daily video observations over 2 years was carried out. In general the beach acts as an open beach like circulatory system but it may present cellular and transitional circulation during high energy events. The nearshore sandbars evolution covers a wide range of temporal and spatial variability. Interestingly, the western engineered and more sheltered section of the beach sometimes exhibits a different beach state to that of the eastern section. To study the response of the beach to high energy events, systemically designed topographic surveys were undertaken before and after storm events. The location of the rip currents seems to play a role on the beach erosion. Static and persistent rips during moderate high energy conditions may erode locally the beach intertidal zone. During high energetic conditions and spring tides the beach backshore and dune area is eroded. Dune and backshore sections become important as they act as a buffer, preventing the foreshore erosion. On other hand, during high energetic conditions coinciding with neap tides, the evolution of the foreshore, backshore and dunes might be sensitive to the wave characteristics rather than to the tidal range. The findings obtained from the video images and field measurements were completed by means of the XBeach process based model. Due to the lack of a pre-storm bathymetry the XBeach-Beach Wizard model was used in order to infer the surfzone features. The possibility to force the model with non-uniform alongshore wave conditions was implemented. Results show that this new implementation improves the model skills. The XBeach calibration tests reveal that the results can vary considerably depending on the set of parameters chosen to run the model. Parameters such as short wave run-up, γ, γua, eps and hmin seem to be relevant for the model calibration. A series of storm impact simulations were performed. A chain transport mechanism was found in which the sand is transported from the dunes to the intertidal zone, and never in the other way around. The erosion of the different sections of the beach is highly related to the tidal level rather that to the wave power. The main differences in the beach response between the natural and engineered sections are related to the sand budget. The complete loss of the backshore sand makes the intertidal zone weak to the storms (the chain transport is interrupted). This scenario is only likely to happen at the engineered sector due to the narrow backshore and the absence of a dune system. Some tests were performed in order to relate the 'storm magnitude' to a certain value of beach erosion. These findings point out that, in general, the higher the storm power is, the larger is the beach erosion. However, the wave characteristics that define a given storm play an important role. Furthermore, in some cases a low power storm with high Hs and Tp can produce larger changes on the beach than a large storm with low Hs and Tp.


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