DYNAMIQUE HYDRO-SEDIMENTAIRE DE LA ZONE PRE-LITTORALE

Les vagues et la houle

   On appelle vagues les ondes qui sont directement ou indirectement générées par le vent. Ils sont des ondes de gravité de surface : il s’agit donc d’oscillation de l’interface air-eau, cette oscillation est caractérisée par sa période et sa longueur d’onde, son amplitude et sa vitesse de déplacement. Ces mouvements correspondent à des transports d’énergie et non de matière. La forme des vagues peut être décrite sous forme de sinusoïdale, les particules d’eau décrivant des trajectoires circulaires (orbitales) dont le rayon diminue avec la profondeur (théorie d’AIRY) (illustrée par la figure I.1) : audelà d’une profondeur supérieure à une demi-longueur d’onde, l’agitation de l’eau est négligeable. On peut donc définir une limite inférieure d’action des vagues qui est située à quelques dizaines de mètres de profondeur. La houle est un phénomène ondulatoire de surface à l’origine de la formation des vagues. Elle est engendrée par le frottement des vents à la surface de l’océan. La houle dépend de la vitesse et de la durée des vents ainsi que de l’étendue de la surface océanique sur laquelle les vents s’exercent. Elle constitue le facteur essentiel des mouvements sédimentaires dans la zone pré-littorale. L’énergie des vagues est dissipée et transformée pour mettre en mouvement les sédiments qui sont transportés par les courants [21] Ainsi le transport de sédiment dans la zone côtière est sous l’influence combinée de différents processus hydrodynamiques tels que le vent, la houle, les courants et les marées. Le schéma de la figure I.2 donne une représentation de l’interaction de ces mécanismes. Le vent va d’une part générer des courants, il va aussi d’autre part générer des vagues. Ces vagues vont rendre la surface de l’océan plus rugueuse et vont donc augmenter la quantité de mouvement transmise des vents aux courants. Ces vagues, à l’échelle régionale, vont s’organiser sous forme de houles qui, en se dissipant, vont transmettre de la quantité de mouvements aux courants. Enfin, courants et houles vont transmettre de la quantité de mouvement aux sédiments qui peuvent ainsi être mobilisés et transportés.

Différents modes de transport sédimentaire

   Il existe trois modes de transport des particules qui sont illustrés dans la figure I.5 et qui sont la suspension, le charriage et la saltation [12][13][20] :
 Le transport par suspension : les particules restent dans le fluide et ne retombent que rarement au fond, bien qu’elles aient tendance à décanter la mise en suspension et fait que les grains ne retombent sont liés à la turbulence
 Le transport par charriage : dans ce cas, les grains se déplacent en glissant ou en roulant, et restent en contact avec le fond.
 Le transport par saltation : les grains se déplacent par petits sauts. Ce n’est ni du charriage car les grains ne restent pas toujours en contact avec le fond, ni de la suspension car les particules retombent rapidement.

Discussion

   Pour clôturer ce chapitre, nous allons faire un bref résumé des résultats obtenus par simulation numérique. Ces résultats concernent la répartition des sédiments au fond marin et les échanges sédimentaires dans la zone pré-littorale. Ainsi, nous avons constaté que les sédiments sont très concentrés au près du fond et diminuent jusqu’à atteindre une valeur nulle à la surface de la mer. Ceci est à cause de la forte valeur de frottement au fond marin. En plus les sédiments se transportent du large vers la côte. Ce phénomène s’explique du fait qu’il y a perte de la quantité de sable transportée. A partir des discussions, nous pouvons déduire que les résultats obtenus convergent vers l’hypothèse de transport de sédiment marin

CONCLUSION GENERALE

   Dans ce mémoire nous avons étudié le mouvement des sédiments dans la zone pré-littorale en fonction des mouvements de l’eau Dans cette zone, le sédiment se transporte sous l’influence des processus hydrodynamiques telles que les courants marin ; la houle ; et quelques paramètres comme la turbulence, contrainte de cisaillement et les vitesses de frottements La houle et le courant marin provoquent un transport dans le sens de propagation. Le mouvement orbital de la houle s’ajoute de façon non linéaire au courant pour mobiliser les sédiments du fond, crée une agitation de l’eau qui maintient la suspension du sédiment et initie des courants du large vers les côtes. La turbulence n’intervient pas le transport de sédiment plutôt elle sert à maintenir dans le cours d’eau les particules déjà en suspension à partir du frottement sédiment-force hydrodynamiques. La contraint de cisaillement peut être définie comme étant l’énergie nécessaire pour mobiliser les sédiments du fond de la mer Le mouvement d’ensemble est paramétré par la même tension du frottement du fond. Cette tension du frottement paramètre la turbulence dans le cas de la suspension et écoulement laminaire dans le cas du transport par charriage. Toute fois la mobilisation et le transport de sédiment ne se produisent que lorsque la contrainte de frottement du fond attient une valeur critique appelée taux de cisaillement critique de mise en mouvement de sédiment. Après que cette valeur soit dépassée, le sédiment se met en mouvement, se déplace d’abord en roulant. Au fur et à mesure que la contrainte du cisaillement augmente, le sédiment commence à glisser et sauter brièvement. C’est ce qu’on appelle transport de sédiment par charriage. On a remarque qu’en augmentant d’avantage la contrainte du fond le saut de la particule devient de plus en plus haut et long et finalement, la particule n’est qu’occasionnellement en contact avec le fond. Ce mode de transport où la particule reste suspendue dans l’eau est appelé transport en suspension. L’étude de ces deux modes de transport de sédiment a été menée de façon classique. La suspension est traitée à partir d’une équation de transport diffusion et le charriage est étudié à partir de l’équation d’évolution au fond. Pour mieux comprendre ces deux transports, on a commencée d’abord à traiter le transport en suspension L’étude de la partie suspension dévoile que la concentration des sédiments est important dans la zone proche de la couche limite, elle diminue lorsqu’on se rapproche de la surface libre de la mer. En plus le taux de transport de sédiment en suspension augmente en fonction de la hauteur quand la vitesse de frottement s’intensifie L’étude du transport de sédiment par charriage nous ont permis de comprendre que le transport de sédiment se fait du large vers la ligne de point de déferlement de vague. Il est important au large et diminue lorsqu’on s’approche de la ligne de point de déferlement. Ceci s’explique du fait qu’il y a perte d’une partie de la quantité de sable transportée. En guise de perspectives, nous pouvons d’une part, compléter cette étude par une vérification expérimentale. D’autre part, améliorer la connaissance sur ce sujet par l’application du modèle en 3D

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
I GENERALITES SUR LE DYNAMIQUE HYDROSEDIMENTAIRE
I.1 Les facteurs océaniques moteurs de mouvement sédimentaire
I.1.1 Les courants dus au vent
I.1.2 Les vagues et la houle
I.2 Dynamique du transport des sédiments
I.2.1 Les sédiments, définition et classification
I.2.2 Notions classiques de transport sédimentaire
I.3 Différents modes de transport sédimentaire
I.3.1 Transport par charriage
I.3.2 Transport en suspension
II MISE EN EQUATION DU TRANSPORT DES SEDIMENTS MARINS
II.1 Mise en équation du transport en suspension
II.1.1 schéma et description du transport en suspension
II.1.2 Conditions aux limites et initiale
II.2 Mise en équation du transport par charriage
II.2.1 Schéma de la zone d’étude
II.2.2 Condition aux limites et initiale
III MATERIEL ET METHODE DE RESOLUTION
III.1 Matériel
III.2 Méthode de résolution
III.2.1 Résolution de l’équation de transport par suspension
III.2.2 Résolution de l’équation de transport par charriage
IV RESULTATS ET INTERPRETATIONS
IV.1 Résultats sur le transport en suspension
IV.1.1 Influence de turbulence sur le sédiment
IV.1.2 Effet de contrainte de cisaillement sur le transport de sédiment en suspension
IV.1.3 Concentration des sédiments dans la colonne d’eau
IV.1.4 Concentration des sédiments en suspension en fonction du temps
IV.1. 5 Variation de la concentration des sédiments en fonction de z et t
IV.1.6 Taux de transport par suspension en fonction de z
IV.2 Résultats sur le transport par charriage
IV.2.1 Impact de la contrainte de cisaillement sur le transport par charriage
IV.2.2 Variation du taux du transport par charriage dans la zone pré-littorale
IV.2.3 Taux du transport en fonction du temps
IV.2.4 Vision globale des résultats obtenus lors de la simulation numérique de l’équation donnant le taux de transport des particules par charriage
IV.3 Discussion
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIES

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