Soutenance mémoire
Etat de l’art sur les dunes sous-marines
L’un des principaux objectifs de cette étude est de caractériser la dynamique de dunes en contexte mégatidale en fonction des caractéristiques morphologiques, sédimentaires et hydrodynamiques. Cette partie vise à établir un bilan de l’état de l’art sur les dunes sous-marines.
Caractérisation des dunes
Sous l’influence des forces hydrodynamiques, les particules sédimentaires s’organisent régulièrement sous la forme de structures, périodiques ou non, lors de leur dépôt. Ces structures sédimentaires peuvent être caractérisées par leur morphologie qui est elle-même liée à une multitude de paramètres tels que la granulométrie du sédiment, la nature et l’intensité des agents forçants, la disponibilité du sédiment ou encore la profondeur d’eau.
Occurrence et environnements de dépôt
Les dunes sont des corps sédimentaires ubiquistes, largement répandus et observés dans une multitude d’environnements actuels. Leur occurrence résulte du transport sédimentaire généré par l’interaction entre un ou plusieurs agent(s) dynamique(s) et du sédiment meuble. En domaine continental, il n’est pas rare d’observer des dunes dans les environnements désertiques et/ou littoraux, lorsque le disponible sédimentaire est suffisant : dans ce cas, les dunes sont qualifiées d’éoliennes car elles sont façonnées par le vent. Les dunes sont également produites dans les environnements aquatiques soumis à l’action des courants. Berné (1991) distingue deux types de dunes sous-aquatiques en fonction de l’agent dynamique responsable de leur formation et de leur évolution : i) les dunes tidales pour lesquelles l’agent essentiel est la marée et ses courants associés, et ii) les dunes non-tidales pour lesquelles les agents dynamiques dominants sont différents de la marée (action de la houle, courants de dérive, courants profonds, écoulements gravitaires, etc.). Cette multitude de phénomènes pouvant générer des dunes implique que les dunes aquatiques se répartissent dans des environnements variés, dès lors que les profondeurs sont suffisamment importantes et que les courants, unidirectionnels ou alternatifs, sont assez puissants. Ainsi, des dunes ont régulièrement été observées dans des domaines fluviatiles (e.g. Kostaschuck & Villard, 1996; Carling et al., 2000; Kostaschuck et al., 2004; Mewis, 2004; Parson et al., 2004; Eilertsen et al., 2008), des domaines estuariens (Bokuniewicz et al., 1977; Berné et al., 1993; Cirac et al., 2000; Francken et al., 2004; Carling et al., 2006), des domaines marins de plateforme continentale (McCave, 1971; Terwindt, 1971; McCave & Langhorne, 1982; Dalrymple, 1984; Berné et al., 1988; Fenster et al., 1990; Berné, 1991; Idier et al., 2002; Le Bot & Trentesaux, 2004; Passchier, 2004; Cartier, 2008; James, 2008; van Landeghem et al., 2009; Ferret, 2009b) ou encore au niveau de glacis continentaux (Weber et al., 2004).
Malgré la diversité des environnements, les dunes présentent suffisamment de similitudes dans leurs morphologies et leurs mécanismes de formation et d’évolution pour être réunies sous le même terme (Le Bot, 2001).
Morphologie
Les dunes sont, par définition, des structures transverses étant donnée l’orientation quasiment perpendiculaire de leur crête par rapport à la direction principale des courants. Toutefois, des variations angulaires atteignant jusqu’à 20° sont fréquemment observées (Belderson et al., 1982; Le Bot, 2001). Comme pour les formations d’origine éolienne, les dunes sous-marines peuvent être caractérisées grâce à des paramètres et des indices morphologiques utilisés couramment par les sédimentologistes marins (Allen, 1980b; Langhorne, 1982; Dewez, 1988; Berné et al., 1989; Berné, 1991; Vicaire, 1991; Le Bot, 2001). Lors de la description des dunes, on distingue généralement les paramètres transversaux des paramètres longitudinaux , mesurés respectivement perpendiculairement et parallèlement à la direction principale d’allongement de la figure sédimentaire. Si la dune est en équilibre avec le milieu dans lequel elle se trouve, les valeurs de ces différents paramètres traduisent les conditions environnementales y régnant.
L’amplitude et la longueur d’onde des dunes
L’amplitude, ou hauteur, et la longueur d’onde des dunes sont les paramètres morphologiques classiquement utilisés par les sédimentologistes marins pour caractériser les dunes. L’amplitude H correspond à la distance entre le sommet et la base de la dune, mesurée perpendiculairement au plan sur lequel elle repose. Dans le cas où les dunes se disposent de façon périodique, la longueur d’onde λ est la distance entre deux crêtes consécutives. Dans le cas où les dunes sont isolées, cette grandeur est régulièrement substituée par la largeur L de la dune qui correspond à la distance horizontale mesurée du pied de dune amont au pied de dune aval dans le sens du courant (Berné, 1991; Vicaire, 1991). Dans le cas où la morphologie de la dune est complexe, par exemple, lorsque le flanc doux de la dune présente deux pentes différentes, la largeur n’intègre que la crête qui est active au moment des mesures. En domaine aquatique, la hauteur et la longueur d’onde des dunes varient énormément en fonction des conditions environnementales. Berné et al. (1989), dans leur essai de synthèse sur les dunes hydrauliques tidales actuelles, estiment que la hauteur et la longueur d’onde des dunes sont respectivement comprises entre 6 cm et une dizaine de mètres et entre 60 cm et plusieurs centaines de mètres. L’amplitude des dunes sous marines est rarement supérieure à 20 m; néanmoins, des structures sédimentaires transversales aux dimensions supérieures ont déjà été observées. Twichell (1973) note que des dunes géantes recouvrant le banc George, à la limite externe de la plate-forme continentale du Massachusetts, atteignaient une hauteur de 25 m. Mosher et Thomson (2000) ont eux-aussi noté une telle amplitude au large des côtes canadiennes, dans le détroit de « Juan de Fuca », par des fonds de 60m et plus. Récemment, van Landeghem et al. (2009) ont observé en Mer d’Irlande des dunes établies en champ à une profondeur de 91,5 m, dont l’amplitude était de 35,5 m. Pour ce qui est de la longueur d’onde, Allen (1982b) estime, en se basant sur 25 études, que la valeur maximale est de 1000 m. Cependant, Le Bot (2001) rappelle que cette notion de longueur d’onde est parfois soumise à caution puisque certaines dunes apparaissent comme des formes isolées. De nombreux auteurs ont remarqué une relation étroite entre la hauteur et la longueur d’onde des dunes et ils ont formulé des relations entre ces deux grandeurs (Allen, 1968 ; Dalrymple, 1978 ; Flemming, 1988 ; Francken et al., 2004 ; Van Landeghem et al., 2009). En fonction des études, les prévisions diffèrent légèrement . Les études utilisées lors des comparaisons ont été réalisées dans des environnements souvent très différents les uns des autres : les formules peuvent avoir été établies à partir d’expérimentations et d’observations faites en rivière (e.g. Yalin, 1964, 1977 ; Francken, 2004) ou dans des environnements de plate-forme plus profonds (Landeghem et al., 2009). Ainsi, bien qu’une corrélation forte existe entre hauteur et longueur d’onde, l’environnement dans lequel se trouvent les dunes influence également leur morphologie. Par conséquent, il est délicat, voire impossible d’établir une relation universelle reliant les paramètres morphologiques entre eux.
Morphologie transversale
La forme des sections transversales de dunes varie principalement en fonction de la pente de ses flancs . Lorsque la pente du flanc doux est plus faible que celle du flanc raide, le profil de dune est qualifié d’asymétrique . Les dunes asymétriques sont généralement associées à un courant unidirectionnel, ou à des courants tidaux asymétriques, c’est-à-dire marqués par la prédominance d’une phase de courant par rapport à l’autre (Le Bot, 2001). Le flanc raide est alors orienté dans la direction où porte le courant, ce qui définit la polarité de la dune. Il est le siège d’avalanches sableuses qui permettent la migration de la dune (Berné et al., 1988; Berné, 1991). Lorsque les pentes des deux flancs sont semblables, la dune adopte alors un profil symétrique qui est généralement dû à des courants tidaux symétriques. Des dunes moribondes peuvent également adopter ce profil lorsque la houle étale la forme dunaire et la rend par conséquent symétrique.
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Table des matières
INTRODUCTION
I. Etat de l’art sur les dunes sous-marines
I.1. Caractérisation des dunes
I.1.1. Occurrence et environnements de dépôt
I.1.2. Morphologie
I.1.2.1 L’amplitude et la longueur d’onde des dunes
I.1.2.2 Morphologie transversale
I.1.2.3 Morphologie longitudinale
I.1.2.4 Structuration des dunes
I.1.2.5 Corps surimposés
I.1.3. Influence des paramètres du milieu
I.1.3.1 Rôle des courants
I.1.3.2 Influence des caractéristiques sédimentaires
I.1.3.3 Influence de la profondeur d’eau
I.1.3.4 Domaines de stabilité des dunes
I.1.3.5 Zonation des corps sédimentaires
I.1.4. Synthèse
I.2. Formation et évolution des dunes
I.2.1. Formation
I.2.2. Mécanismes hydro-sédimentaires à l’échelle des dunes
I.2.2.1 Impacts de la morphologie sur l’écoulement
I.2.2.2 Influence du mode de transport sédimentaire sur l’évolution des dunes
I.2.3. Evolution, migration et structure interne
I.2.3.1 Variabilité de la vitesse de migration
I.2.3.2 Dynamique liée au forçage tidal
I.2.3.3 Influence des processus non-tidaux
I.3. Enregistrements de la migration : structures internes des dunes
II. Zone d’étude
II.1. Cadre géographique
II.2. Contexte hydrodynamique
II.2.1. La marée et les courants tidaux associés
II.2.2. Les régimes des vents et de la houle
II.2.2.1 Les vents
II.2.2.2 La houle
II.3. Contexte morpho-sédimentaire
II.4. Le compartiment benthique
II.4.1. Généralités
II.4.2. Les communautés et habitats benthiques en Manche orientale
III. Méthodologie d’étude
III.1. Stratégie d’étude
III.1.1. Caractérisation de l’hydrodynamisme
III.1.2. Caractérisation du fond marin
III.1.2.1 Etude des formes sédimentaires et des sédiments superficiels
III.1.2.2 Etude de l’architecture interne des corps sédimentaires
III.1.3. Etude de l’évolution de la morphologie et de la nature du fond
III.2. Données utilisées
III.2.1. Données préexistantes
III.2.2. Données nouvelles acquises
III.3. Méthodes de traitement et d’analyse des données
III.3.1. Post-traitement des données in situ
III.3.1.1 Les données bathymétriques
III.3.1.2 Les données de sonar à balayage à latéral
III.3.1.3 Les données sismiques
III.3.2. Traitement des données
III.3.2.1 Le Système d’Informations Géographiques (SIG)
III.3.2.2 Traitements statistiques
III.3.2.3 Analyse en ondelettes continues des chroniques météorologiques et hydrodynamiques
IV. Conclusions
CONCLUSION
