Modélisation du processus de saltation en milieu extrême : application au Raz Blanchard

Modelisation of saltation process in extreme environment : the case of Alderney Race

• Auteur / Autrice : Gaspard Minster
• Direction : Benoît Zerr, France Floc'h
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Vision
• Date : Soutenance le 17/06/2019
• Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Luc Jaulin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexandre Valance, Amandine Nicolle, Nicolas Le Dantec
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marc Foucaut, Julien Chauchat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Courants marins

Turbulence

Fonds marins

Sédiments (géologie) -- Transport

Sédiments marins

Mots clés libres

Dynamique sédimentaire

Saltation

Modélisation

Rugosité relative

Raz Blanchard

Sediment dynamics

Saltation

Modeling

Relative roughness

Alderney Race

Résumé

Comprendre le mécanisme de saltation dans des zones à fort courant de marée tel que le Raz Blanchard est nécessaire pour l’exploitation hydroélectrique. Dans ces zones, le transport sédimentaire est caractérisé par le régime inertiel. Une approche expérimentale en chenal et une approche numérique de la saltation ont été utilisées. La modélisation de la saltation en chenal a été réalisée par le lâcher de sphères rigides dans différents écoulements sur une rugosité de fond fixe. Après avoir caractérisé le profil de l’écoulement, le déplacement des particules a été enregistré par caméra rapide afin d’identifier la hauteur et la longueur des sauts de particules, les angles et les vitesses d’impact et de rebond. Une loi reliant rugosité relative et ratio longueur / hauteur de saut est proposée, ainsi qu’une loi liant le paramètre de Shields et la hauteur de saut. Il est alors possible à partir de la connaissance du paramètre de Shields, de la rugosité de fond et du diamètre des particules sédimentaires présentes de prédire la hauteur et la longueur moyennes des sauts observés. Les résultats expérimentaux sont en accord avec les lois établies dans la littérature à partir de nombreuses études expérimentales et les complètent pour le régime inertiel. Ces propositions de lois ont modèle numérique de saltation périodique (Berzi et al. 2016). Puis elles ont été appliquées sur la zone d’étude du Raz Blanchard et ont mené à la réalisation de cartes simples, renseignant sur la caractéristique des sauts spécifiques à chaque position du Raz Blanchard.

Understanding the mechanism of saltation in areas of high tidal currents such the Alderney Race, is needed to develop exploitation of hydrokinetics energy. In these areas, sediment transport is characterized by inertial regime. An experimental study in a channel and a numerical simulation are used. The principle consists to let spherical particles roll in different flows on a defined bed roughness. After having characterized the flow, we recorde the particles movement with a Fastcam in order to identify height and length of jumps, impact and rebound velocity and angle. A first law between relative roughness and length/height ratio is established, as well as a second law linking the Shields parameter and the height of the jumps. It is then possible, with the knowledge of theShields parameter, the bed roughness and the diameter of the sediments, to predict the mean jumps height and length. The experimental results are in agreement with the laws described in the literature, and complete them for the inertial regime. These proposed laws are then compared and completed by a numerical model of periodical saltation (Berzi et al. 2016). Finally, they are applied on the study area of the Alderney Race to carry out simple maps. These maps characterize the jumps in different places of the Alderney Race.