Sujet de thèse 1 - Géosciences Montpellier

Hydrodynamique sédimentaire de l’échelle côtière à l’échelle littorale :
mesures in-situ et modélisation numérique
Directeur de thèse : Yann Leredde
Lieu :
Géosciences Montpellier - UMR CNRS-UM2 5573
Université Montpellier 2
CC. 60, place E. Bataillon
34095 Montpellier cedex 5
Contacts : Tel : 0467143630 e-mail : [email protected]
Présentation de la zone d’étude :
Le littoral du golfe du Lion présente une grande variabilité sédimentologique
(granulométrie, type de sédiment, nature des structures sédimentaires). Il est également
dans la zone d’influence du panache du Rhône, donc profite d’apports sédimentaires
continus. Il présente des zones en accrétion et d’autres en érosion. Il est soumis au régime
de crues sédimentaires des petits fleuves côtiers. Sur le plan morphologique, il offre une
grande variabilité de profil de pente et de côte, et offre une façade aux différents régimes de
houles possibles dans la partie Nord-Ouest de la Méditerranée.
L’hydrodynamique du Golfe du Lion est aujourd’hui assez bien connue. Depuis les
travaux de Millot (1980) jusqu’à ceux de Petrenko et al (2005), des schémas de la circulation
générale ont pu être établis. Ces derniers travaux, basés sur des observations et des
modélisations, montrent les possibles intrusions du courant Liguro-Provençal sur le plateau
continental jusqu’à la côte.
La circulation du proche littoral, en particulier celle du Golfe d’Aigues-Mortes, est
encore mal connue. La connaissance des courants littoraux n’est pas académique et la
littérature scientifique n’apporte que des informations partielles. Les courants sont
principalement liés aux conditions de houle et de vents. Les houles dominantes sont de Sud
à Sud-Est. Les principaux vents sont le Mistral, la Tramontane, le Levant (Est) et la Largade
(Sud-Ouest). Ces deux forçages ne sont pas forcément liés mais peuvent être très forts
surtout quand ils s’additionnent. Les tempêtes de Sud-Ouest ou Sud-Est peuvent être
particulièrement destructrices. Les courants induits ont une extrême variabilité. Le long de la
côte, ils peuvent être très forts (> 1 ms-1) et les échanges avec le large sont importants. Le
courant Liguro-Provençal et surtout le panache du Rhône peuvent se faire ressentir jusqu’à
la côte.
Contexte scientifique :
Les travaux poursuivis par notre équipe s'inscrivent dans la caractérisation et la
quantification -- tant par l'observation et la mesure que par la modélisation -- des processus
hydrodynamiques ainsi que de la dynamique particulaire (incluant les processus
sédimentaires, biologiques et biogéochimiques) dans l'avant côte, les lagunes et la zone
littorale. L'étude de l'effet des tempêtes et des crues torrentielles sur la sédimentation et
l'évolution d'un littoral sableux microtidal à différentes échelles de temps est tout
particulièrement étudié.
A l’échelle nationale, nous sommes soutenus par le programme LEFE-IDAO dans la
thématique de «caractérisation des forçages hydrodynamiques susceptibles de contrôler la
morphodynamique littorale en contexte microtidal».
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La modélisation de l’hydrodynamique du Golfe du Lion de l’échelle côtière
à l’échelle littorale :
Depuis trois ans, nos efforts portent sur la modélisation numérique couplée houlecourant dans la zone pré-littorale où les courants de circulation (thermohalins ou de dérive
due aux vents) sont du même ordre de grandeur que ceux induits par la houle. Sur la base
du modèle Symphonie de circulation océanique côtière et des modèles REFDIF et SWAN de
propagation de houle, nous construisons un modèle tridimensionnel où les termes moteurs
de la houle sont considérés comme dépendants de la verticale. Cet outil se focalise sur une
zone d’étude privilégiée, le Golfe d’Aigues-Mortes, dont la variabilité et la complexité sur le
plan des processus hydro-sédimentaires nécessite l’utilisation d’un tel modèle, notamment
pour discriminer le transport sur le fond par charriage et le transport par suspension dans la
colonne d'eau. Le travail de thèse de Cléa Denamiel (bourse BDI-Région), commencé
depuis septembre 2003, fournit de premiers résultats sur ce volet modélisation. Les données
des campagnes HYGAM (mars-avril 2005) permettent de premières validations.
La mesure de l’hydrodynamique du Golfe du Lion de l’échelle côtière à
l’échelle littorale :
En plus de travaux en modélisation numérique, nous travaillons à l’acquisition de
données in-situ. Pour cela, nous nous sommes dotés d’une embarcation de 8 m appelée
PROGELAC (PROspection Geophysique dans la Lagune et l'Avant Côte). Elle peut aisément
circuler dans moins de 30cm d'eau en lagune, mais sa structure de coque (Vé à l'avant, plat
à l'arrière) lui permet de naviguer en mer dans de mauvaises conditions météorologiques.
Elle n'est pas hors gabarit et peut être facilement tractée sur sa remorque. Basée à PortCamargue (30), elle peut donc aussi être mise en œuvre sur n’importe quel point du littoral.
A l’image de ce qui a été fait au large de Port-Camargue (avril 2005) et Agde (nov. 2005),
elle nous permet de mettre en œuvre des appareils de mesures tels qu’un échosondeur
acoustique, des courantomètres ADVs et des capteurs de pression. Ces données permettent
de caractériser la forme et la structure des fonds ainsi que les caractéristiques des courants
et des houles en zone littorale. Plus au large, nous utilisons les moyens de l’INSU (CNRS),
notamment le navire océanographique Téthys II équipé d’un ADCP de coque et la CTD du
COM ou du LOB Banyuls. Les campagnes HYGAM (Hydrodynamique du Golfe d’AiguesMortes) ont ainsi eu lieu en mars-avril 2005, juin-juillet 2006 et février-mars 2007. Elles nous
permettent de caractériser la circulation à l’échelle pré-littorale dans cette zone pour
différentes situations de vents et/ou de houle incidente.
Le projet européen Interreg NAUSICAA :
Ce projet a pour objectif appliqué la gestion de l’érosion des plages par rechargement
de sables de carrières sous-marines. Il est coordonné par le Conseil Général 34 et le
SMNLR (Service Maritime Navigation Languedoc-Roussillon). Dans le cadre de ce projet,
nous sommes mandatés pour réaliser un atlas hydrodynamique d’aide à la gestion des
risques littoraux (submersion et érosion). Pour cela, nous proposons la constitution d’une
plateforme de modélisation hydrodynamique à différentes échelles allant de l’échelle côtière
à l’échelle littorale en utilisant :
- à l’échelle régionale, des produits développés par des partenaires dans le cadre d’autres
programmes (Symphonie pour la circulation, Wavewatch III ou Vagmed pour les vagues),
- à l’échelle côtière, le modèle couplé Symphonie-Refdif développé par Denamiel ,
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- à l’échelle littorale, le modèle Shorecirc, modèle de circulation 2D drivé par la houle, y
compris dans la zone de déferlement (modèle déjà utilisé par notre équipe dans le cadre
d’étude plus littorales).
Dans un premier temps, il s’agira de constituer un prototype de cette plateforme en
mettant en œuvre les différents modèles sur différentes zones pour des forçages
académiques, les résultats aux plus grandes échelles devant forcer les plus petites.
Pour valider les résultats de ces différents modèles, ce projet européen permet à
notre équipe de se doter d’un parc d’instruments de mesures constitué de capteurs de
pression haute fréquence, de courantomètres ADvs et ADCPs et de divers instruments de
mesures hydro-sédimentaires (OBS, pièges, imageur acoustique, etc).
Ces appareils sont d’une haute technologie et réclame un investissement technique
important. Nous avons obtenu un poste d’Assistant Ingénieur du CNRS pour gérer ces
instruments. Un autre challenge concerne le traitement des données acquises par ces
appareils et leur exploitation à but scientifique, par exemple pour constituer une climatologie
des zones étudiées mais aussi pour valider les résultats de modèles numériques.
Le travail de thèse :
La thèse s’intègrera dans le projet européen NAUSICAA qui s’étend sur la période
2007-2009. Le doctorant aura en charge à la fois les aspects de modélisation numérique
et les aspects de mesures in-situ. Il est donc fondamental qu’il ait reçu une formation
technique conséquente. Il sera encadré par un enseignant-chercheur, travaillera en
relation étroite avec un post-doctorant (2 ans ½ de contrats sont financés) et recevra
l’aide technique d’un Assitant Ingénieur du CNRS.
Compétences et intérêts :
Océanographie physique, hydrodynamique, traitement du signal, modélisation numérique,
informatique, travail en équipe.
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