Etude de vagues extrêmes se propageant d'une profondeur intermédiaire vers le rivage

par Iskander Abroug

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides, énergétique, thermique, combustion, acoustique

Sous la direction de François Marin.

Le président du jury était Nadia Sénéchal.

Le jury était composé de Xavier Bertin, Denys Dutykh, Nizar Abcha, Armelle Jarno-Druaux.

Les rapporteurs étaient Julien Touboul, Michel Benoit.


  • Résumé

    Nous présentons les résultats expérimentaux sur la propagation des vagues solitaires et des trains d’ondes fortement non-linéaires se propageant en eau intermédiaire vers la zone côtière. Trois différents spectres ont été utilisés lors de la génération des groupes de vagues : spectre gaussien, spectre de Pierson-Moskowitz et spectre de JONSWAP. Les essais ont été réalisés dans le canal à houle du laboratoire M2C (UMR 6143 Caen). Les signaux obtenus par les sondes résistives sont utilisés pour la détermination de l’évolution spatiale de : la fréquence de pic, la fréquence caractéristique, les transferts énergétiques, les paramètres de forme et les interactions non-linéaires entre les composantes fréquentielles. La fréquence de pic demeure constante au cours de la propagation du train d'ondes de Pierson-Moskowitz ; cependant, une diminution est observée dans le cas des trains d’ondes de JONSWAP. Un partitionnement spectral a été effectué sur chaque spectre de référence pour quantifier les variations spatiales de l’énergie dans chaque gamme de fréquences. Des transferts énergétiques en amont et en aval de déferlement ont été mis en évidence. Une approche bispectrale par ondelettes a été utilisée dans le but de quantifier les interactions non-linéaires entre les composantes fréquentielles grâce à un paramètre appelé bicohérence. Au cours de la propagation, ce paramètre augmente progressivement et atteint des valeurs proches de 1 au moment du déferlement et décroit en aval de ce déferlement. Des simulations numériques ont été effectuées grâce au code mPeregrine, basé sur les équations de Boussinesq modifiées (Dutykh et al. (2011)). Les résultats expérimentaux concordent de façon satisfaisante avec les prédictions numériques, en particulier dans le cas des trains d'ondes gaussien (étroit) et de JONSWAP.

  • Titre traduit

    The study of extreme waves propagating from an intermediate water depth to the shore


  • Résumé

    The propagation of solitary waves and focused wave groups in intermediate water depth and the shoaling zone is experimentally considered in this work. The experiments are carried out in a two-dimensional wave flume and wave trains derived from gaussian, Pierson-Moskowitz and JONSWAP (γ=3.3 or γ=7) spectrum are generated. The influence of spectrum type, frequency bandwidth and steepness on focused wave characteristics were examined. The peak frequency does not change during the wave train propagation for Pierson-Moskowitz waves; however, a downshift of this peak is observed for JONSWAP waves. An energy partitioning is performed in order to track the spatial evolution of energy. Four energy regions are defined for each spectrum type. A nonlinear energy transfer between different spectral regions as the wave train propagates is demonstrated and quantified. The underlying nonlinear phase coupling between frequency components was examined using wavelet-based bicoherence which can detect non-linear coupling intensity in a short time series. As wave groups approached the breaking region, the values of bicoherence between primary components and its higher harmonics increased progressively to 1. Additional numerical simulations are conducted using a modified Boussinesq model for long waves in shallow waters of varying depth (Dutykh et al. (2011)). Experimental results are in satisfactory agreement with numerical predictions, especially in the case of wave trains derived from JONSWAP and narrow-banded gaussian spectrum.


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