Morphodynamique de la zone de "swash" : étude en canal à houle par une méthode de stéréoscopie optique

Swash zone morphodynamics : wave flume investigation by an optical stereoscopic method

• Auteur / Autrice : Jessica Astier
• Direction : Dominique Astruc, Laurent Lacaze
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hydrologie, Hydrochimie, Sols, Environnement
• Date : Soutenance le 28/04/2014
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l’univers, de l’environnement et de l’espace (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique des fluides de Toulouse (1930-....)

Mots clés

Mots clés libres

Zone de swash

Morphodynamique

Hydrodynamique

Méthode de stéréoscopie optique

Grand canal à houle

Swash zone

Morphodynamics

Hydrodynamics

Optical stereoscopic method

Large wave flume

Résumé

Ce travail porte sur l’étude de l’évolution morphologique dans la zone de swash à haute résolution spatiale et temporelle afin de pouvoir analyser l’influence de la houle. Cette étude s’appuie sur deux campagnes de mesures menées dans le grand canal à houle CIEM (Barcelone), l’une avec application d’un forçage aléatoire érosif de type JONSWAP et l’autre avec application d’une série de forçages bichromatiques. L’originalité de l’étude proposée ici consiste en l’analyse, par une méthode de stéréoscopie optique, de l’évolution du fond avec une excellente précision tout en quantifiant précisément l’évolution des fronts d’eau sur une surface continue, la majorité des techniques de mesure ne donnant en général accès qu’à des relevés ponctuels dans cette zone. La position du lit de sable est estimée avec une précision de quelques centaines de μm. Sur des temps longs, le forçage JONSWAP érosif engendre un recul global et quasi-homogène dans la zone de swash. Cependant, cette évolution ne semble pas influencer la réponse hydrodynamique qui reste similaire dans la zone de swash lorsque l’on répète la série. Ceci a été confirmé dans le cas des forçages bichromatiques, répétés sur des fonds différents. Au sein d’une série d’un forçage aléatoire, différentes échelles de temps sont observées : l’échelle gravitaire (période caractéristique du signal) et les ondes infragravitaires (large gamme d’événements plus longs). Cette coexistence de plusieurs échelles de temps a pu être associée à la forte variabilité du profil de plage, notamment dans la direction cross-shore. Le cas bichromatique montre quant à lui une convergence du profil de plage vers un état qui ne dépendrait que du forçage en entrée. L’interaction d’une seule onde infragravitaire avec l’onde gravitaire ne peut donc pas être responsable de la variabilité du fond observée avec le forçage aléatoire. En revanche, cette étude semble confirmer la présence d’événements particuliers à l’origine d’une forte modification du fond sableux. Le lien entre ces événements et l’interaction entre des événements hydrodynamiques spécifiques et la forme du fond n’est pas encore complètement établi. Enfin, pour le forçage aléatoire la variabilité transverse induite par les ondes courtes est forte alors qu’elle semble plus faible à l’échelle de l’onde longue. Pour le forçage bichromatique, cette variabilité transverse a également pu être observée mais son lien avec le forçage reste encore à élucider.

This study investigates the morphological evolution in the swash zone at high spatial and temporal resolution to be able to analyze the swell influence. The study is here based on two measurement campaigns in the large CIEM wave flume (Barcelona), using both a random erosive JONSWAP and bichromatics forcing. The originality of the proposed study lies on analysis, by an optical stereoscopic method, of bottom evolution with a very good precision while getting an accurate quantification of water fronts evolution on a continuous area, most of the measurement techniques generally allowing only to obtain punctual measurements in this area. The sand bed position is estimated with an accuracy of a few hundred μm. Over long periods, erosive JONSWAP forcing generates an overall and almost homogeneous backward movement in the swash area. However, this trend does not appear to influence the hydrodynamics response that remains similar in the swash area when the series is repeated. This was confirmed in the bichromatic forcings case, repeated on different bottoms. During a random forcing series, different time scales are observed : the gravity scale (characteristic period of the signal) and infragravity waves (wide range of longer events). This coexistence of several time scales could be associated with the observation of a strong variability of the beach profile, especially in the cross-shore direction. The bichromatic case shows meanwhile convergence of beach profile to a state that would depend only on forcing conditions. The interaction of a single infragravity wave with the gravitational wave can therefore not be responsible for the observed bottom variability with the random forcing. In contrast, the present study seems to confirm the presence of specific events responsible of a strong change in the sandy bottom. The link between these events and the hydrodynamic interaction between specific events and the bottom shape is not yet completely established. Finally, for the random forcing the transverse variability induced by short wave is strong as it seems weak at long wave time scale. For bichromatic forcing, the transverse variability has also been observed but its link with the forcing still remains to be elucidated.