Wave transformation over complex seabeds.
Transformation des vagues sur fonds complexes.
Résumé
Bottom friction dissipation is a key factor for wave attenuation in nearshore environments presenting complex geomorphological structures, such as rocky or coral coasts. This Ph.D. thesis is based on the study of two classical models of frictional dissipation: the bottom friction approach valid for small roughness and the volume drag approach valid for vegetated or porous environments. Two databases have been generated for bottom friction analysis and model studies. The first database in a controlled environment was generated through a series of laboratory experiments carried out in a wave flume with a wide range of wave conditions and rough bottom layouts. The second database was generated from hydrodynamic wave measurements, supplemented by micro-topographic roughness measurements, during an in-situ campaign carried out on the rocky platform at the foot of the Corniche Basque cliffs at Socoa. Using frequency-integrated short-wave analysis and classical bottom friction and breaking dissipation models, the wave friction factor and hydrodynamic parameters were estimated from laboratory data. The study of the bottom friction approach shows that the friction factor varies from 0.17 to 98, while the hydraulic roughness varies from 0 to 0.291 m. Observations reveal the combined influence of several topographical metrics, including standard deviation, skewness, directionality, and the effective slope of the seabed elevation. A metric-based multi-varied model for the hydraulic roughness parameter is proposed and confronted with other field data recovered on coral and rocky shores. This multi-varied model is then compared with frictional dissipation data from the Socoa in-situ campaign, yielding encouraging results with immediate model adjustment based on micro-topographic measurements. A study of the volume drag approach using two methods of calculating flow bulk porosity, one based on an idealized geometry, and one based on natural topography, shows that the drag coefficient varies from 0 to 3.64 and 4.70 depending on the calculation method. However, observations fail to identify the influence of topographical metrics, and none of the multi-varied models implemented is satisfactory. The comparison of the two models shows that the volume drag approach outperforms the bottom friction approach for all hydrodynamic conditions. An avenue for improvement suggests that the bottom friction approach gives better results using a reference velocity calculated at the top of the roughness elements.
La dissipation du frottement du fond est un facteur clé de l'atténuation des vagues dans les environnements littoraux présentant des structures géomorphologiques complexes, tels que les côtes rocheuses ou coralliennes. Cette thèse de doctorat se base sur l'étude des deux modèles classiques de la dissipation par frottement : l'approche frottement sur le fond valable pour les petites rugosités et l'approche traînée de volume valable en milieu végétalisé ou poreux. Deux bases de données ont été générées pour l'analyse du frottement sur le fond et l'étude des modèles. Une première base de données dans un environnement contrôlé a été générée grâce à une série d'expériences de laboratoire réalisées dans un canal à houle avec une large gamme de conditions de vagues et de configurations de fond rugueux. Une deuxième base de données a été générée à partir de mesures hydrodynamiques des vagues, complétée par des mesures micro-topographiques de la rugosité, lors d'une campagne in situ réalisée sur la plate-forme rocheuse au pied des falaises de la Corniche Basque à Socoa. En utilisant l'analyse des vagues courtes intégrées en fréquence et les modèles classiques de frottement du fond et de dissipation par déferlement, le facteur de frottement des vagues et les paramètres hydrodynamiques ont été estimés à partir des données laboratoires. L'étude de l'approche frottement sur le fond montre que le facteur de frottement varie de 0.17 à 98 tandis que la rugosité hydraulique varie de 0 à 0.291 m. Les observations révèlent l'influence combinée de plusieurs métriques topographiques, notamment l'écart-type, l'asymétrie, la directionnalité et la pente effective de l'élévation du fond marin. Un modèle multivarié basé sur des métriques pour le paramètre de rugosité hydraulique est proposé et confronté à d'autres données de terrain récupérées sur des rivages coralliens et rocheux. Ce modèle multivarié est ensuite confronté aux données de la dissipation par frottement issues de la campagne in situ de Socoa et donne des résultats encourageants avec un ajustement immédiat du modèle à partir des mesures micro-topographiques. L'étude de l'approche traînée de volume selon deux méthodes de calcul de la porosité de l'écoulement, une basée sur une géométrie idéalisée et une basée sur une topographie naturelle, montre que le coefficient de traînée varie de 0 à 3.64 et 4.70 selon les méthodes de calcul. En revanche, les observations ne permettent pas d'identifier l'influence des métriques topographiques et aucun modèle multivarié mis en place n'est satisfaisant. La comparaison des deux modèles montre que l'approche traînée de volume est plus performante que l'approche frottement sur le fond pour l'ensemble des conditions hydrodynamiques. Une piste d'amélioration suggère que l'approche frottement sur le fond donne de meilleurs résultats à partir d'une vitesse de référence calculée au sommet des éléments de rugosité.
Domaines
Génie civil| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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