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Theses Year : 2020

Study of wave and wave-induced circulation dynamics in the nearshore

Etude de la dynamique instationnaire des vagues et des circulations associées en milieu littoral

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Abstract

Wave-dominated coasts are exposed to high-energy hydrodynamic forcings and major hazards such as coastal erosion and flooding. It is therefore essential to better understand the impact of extreme events on the coast. First, we compared the existing methods for recovering surface wave elevation from in situ pressure measurements at the bottom. The most commonly-used methods are unable to accurately reproduce the height and shape of extreme waves. In contrast, recently developped nonlinear methods allow to accurately recover such waves and are therefore an efficient tool for measuring in situ extreme waves in the nearshore. To better understand wave-induced circulation dynamics against rocky headlands, high-frequency in situ measurements were collected during 3 weeks in October 2018, at Petite Chambre d'Amour (PCA) beach, Anglet (France). A detailed analysis highlights the very contrasted circulation patterns according to the offshore wave climate. Under high-energy oblique waves, an intense tidally-modulated headland rip extending over O(100) m offshore is measured. The headland rip intensity shows oscillations on the time scale of 1 hour, with velocities peaking at 2-3 times its mean values. The XBeach hydrodynamic model is then set up to further assess the spatio-temporal evolution of headland rips at PCA. The calibrated and validated model confirms that such rips cover very wide spatial scales and suggests a strong hydrodynamic coupling between both sides of the headland. Our experimental and modelling study indicates that headland deflection rips can act as persistent conduit for transporting floating material and sediments far offshore.
Les littoraux dominés par l'action des vagues sont soumis à des forçages hydrodynamiques très intenses et sujets à de forts aléas naturels, tels que l'érosion côtière et la submersion marine. Il est ainsi essentiel de mieux comprendre l'impact des événements extrêmes à la côte. Pour cela, nous avons d'abord comparé les méthodes existantes pour reconstruire la surface libre des vagues à partir de la mesure in situ de pression au fond. Les méthodes classiquement utilisées ne permettent pas de correctement reproduire la hauteur et la forme des vagues extrêmes. A l'inverse, des méthodes non-linéaires récemment développées permettent de bien les reproduire et constituent donc un outil performant pour la mesure in situ des vagues extrêmes en zone littorale. Afin de mieux comprendre la dynamique des circulations induites par les vagues le long de caps rocheux, des mesures in situ haute-fréquences ont été collectées durant 3 semaines (Octobre 2018) sur la plage de la Petite Chambre d'Amour (PCA) à Anglet (France). Une analyse détaillée montre que les schémas de circulation varient selon le climat de houle. Pour des houles obliques très énergétiques, un courant de cap intense, modulé par la marée, et s'étendant à O(100) m au large est mesuré. L'intensité de ce courant est sujet à des fluctuations horaires, amplifiant son intensité jusqu'à 2-3 fois sa valeur moyenne. Le modèle hydrodynamique XBeach est utilisé pour mieux appréhender la structure spatio-temporelle des courants de cap à PCA. Le modèle calibré et validé confirme que ces courants couvrent de larges échelles spatiales et suggère un fort couplage hydrodynamique de part et d'autre du cap. Notre étude expérimentale et de modélisation indique que les courants de cap de déflection agissent comme des conduits permanents pouvant transporter au large des matières en surface ainsi que des sédiments.
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Cite

Arthur Mouragues. Etude de la dynamique instationnaire des vagues et des circulations associées en milieu littoral. Hydrologie. Université de Bordeaux, 2020. Français. ⟨NNT : 2020BORD0225⟩. ⟨tel-03153531⟩
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