Par vagues et marées : étude de la circulation hydrodynamique d’un lagon étroit de Nouvelle-Calédonie et identification des conditions aux bords à l’aide d’un algorithme stochastique

Study of the hydrodynamic circulation of a narrow lagoon of New-Caledonia and use of a stochastic algorithm for parameters identification

• Auteur / Autrice : Guillaume Koenig
• Direction : Jean-Luc Devenon, Cristele Chevalier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie
• Date : Soutenance le 19/11/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de l'environnement (Aix-en-Provence)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut méditerranéen d'océanologie (Marseille ; Toulon ; 2012-....)
• Jury : Président / Présidente : Melika Baklouti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Bonneton, Marc Pagano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexei Sentchev, Sylvain Ouillon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Vagues

Recuit simulé (mathématiques)

Marées

Mots clés libres

Océanographie côtière

Marée

Interactions Vagues-Courants

Algorithmes stochastiques identification de paramètres

Coastal Oceanography

Tides

Wave-Current interactions

Stochastic algorithms parameters identification

Résumé

Dans cette thèse, j’ai étudié l’hydrodynamique du lagon de Ouano en Nouvelle-Calédonie. Pour ce faire, j’ai implémenté un nouvel algorithme d’identification de paramètres. Le déferlement des vagues sur la barrière corallienne et les marées dominent l’hydrodynamique du lagon de Ouano. Je voulais évaluer leur impact relatif sur l’échange d’eau avec l’océan. Plusieurs études ont été menées dans le lagon auparavant. Je me base sur leur résultats pour la circulation et les outils de modélisations qu’elles ont mis en place dans ma thèse. Notamment, je réutilise le modèle CROCO ( Coastal Regional OceanCOmmunity) de C. Chevalier. J’utilise aussi des données récoltées dans le lagon en2016. Malgré ces travaux préalables, il reste des incertitudes sur la quantité d’eau amenée dans le lagon par le déferlement des vagues et la marée. De plus, la paramétrisation du déferlement, de la friction sur le récif et les conditions aux bords de marées ont incertaines dans le modèle numérique. Pour améliorer ces paramétrisations, ou même d’autres paramètres, j’ai implémenté et testé un nouvel outil. Cet outil était un algorithme stochastique d’identification de paramètres, l’algorithme Simultaneous Pertubations Stochastic Approximations(SPSA).Nous avons d’abord testé différentes versions de l’algorithme dans des environnements contrôlés, et notamment avec un modèle de turbulence unidimensionnel. J’ai ensuite utilisé cet algorithme pour identifier des conditions aux bords avec un modèle tidal linéaire du lagon de Ouano. Enfin, j’ai utilisé l’algorithme pour étudier l’impact du déferlement des vagues sur les courants mesurés comme des courants de marée dans le lagon de Ouano.

In this thesis, I have studied the hydrodynamics of the Ouano coral lagoon in NewCaledonia and implemented a novel parameter identification algorithm to do so.Wave-breaking and tides dominate the Ouano lagoon; I wanted to evaluate theirimpact on the lagoon flushing.Several studies have been done in the lagoon before. I rely on both their findings forthe circulation and their tools for the modeling, namely the CROCO ( Coastal RegionalOcean COmmunity model) of C. Chevalier. I also have used data collected in 2016 inthe lagoon. However, some uncertainties remained on the amount of water broughtby the tides and the wave-breaking in the lagoon. Also, the parametrization of thewave-breaking friction coefficient and the tidal boundary conditions in the numericalmodel was uncertain.I implemented and tested a tool to improve those parametrizations or other modelparameters. This tool was a stochastic parameter identification algorithm, the Simul-taneous Perturbations Stochastic Approximations (SPSA) algorithm.We first tested different variants of the algorithm in a controlled environment andwith a 1-D turbulence model. Then I have used this algorithm to identify boundaryconditions with a linear tidal model of the Ouano lagoon. Finally, I have used thealgorithm to study the impact of the wave-breaking on the measurement of tides inthe Ouano.