Courants induits par les houles en zones littorales et pré-littorales Yann LEREDDE1, Héloïse MICHAUD1,2, Patrick MARSALEIX2, Claude ESTOURNEL2 Géosciences Montpellier LA Toulouse Yann.Leredde @gm.univ-montp2.fr Heloise.michaud@gm.univ-montp2.fr Novembre 2009 1

La station BESSète Station météo Bouée Datawell ADCP BESSète sous 70 m de fond

Période Janvier-Mars 2007 Vent à Sète Ouest Nord Sud 15 m/s Série temporelle de données mesurées entre le 12 février et le 25 mars 2007. Vents à la station météorologique de Sète Hauteur significative de la houle mesurée à la station BESSète, (c) Courants mesurés à la station BESSète.

www.surf-report.com Collioure (66) le 18 février 2007

Tempête du 18 février 2007 Mesures Modélisation Vent SE Série temporelle de données mesurées entre le 12 février et le 25 mars 2007. Vents à la station météorologique de Sète, (b) Hauteur significative de la houle mesurée à la station BESSète, (c) Courants mesurés à la station BESSète. Courants simulés à la station BESSète entre le 12 février et le 25 mars 2007 par le modèle Symphonie. 5

Vents de Sud-Est modérés (localement 10 à 15 m/s) Très forts courants mesurés sur le plateau ||U|| > 0,8 m/s ? Houle forte ( Hs> 5m) Ajouter les effets de la houle dans le modèle ? Courants simulés sous-estimés (< 0,5 m/s) Impacts sur les transports sédimentaires pendant les tempêtes Profils verticaux de vitesses observées et simulées le 18 février 2007

Septembre-Novembre 2008: la station Aresquiers Station météo Bouée Datawell ADCP BESSète ADCP Aresquiers

Hauteur significative de la houle 1er nov Vitesse près du fond (1,6 mètres au dessus du fond)

Profil vertical de vitesse à l’apex de la tempête, le 1er nov. 2008 Vent: 15 m/s Sud-Sud-Est Houle: Hs = 3,6 m Tp = 10 s Dp de Sud-Est

Lien avec Epigram ? Peut-on mettre en évidence de tels courants (« liés à des épisodes de houle ») ? sur le plateau du golfe de Gascogne ? à des profondeurs comprises entre L/2 (« limite d’action des vagues ») et H/0,78 (« profondeur de déferlement ») avec H hauteur et L longueur d’onde de la houle Nouvelles de la manip Biscarosse ?

? Transferts de Quantité de mouvement à l’échelle pré-littorale ? Vent Vagues Houle pression Courants ? Côtier Littoral Sédiment

L’approche « tensions de radiation » Tensions de radiation = flux supplémentaire de moment lié à la présence des vagues La conservation du moment au sein d’un fluide impose qu’en présence de vagues il y ait une force qui vienne compenser le moment généré par les vagues. Cette force est assimilable à un flux de moment. Ce flux correspond au transfert spatial du moment au sein du fluide, càd à la variation spatiale de la pression. Ainsi pour un fond plat, sans vagues, la pression du fluide est égale à la pression hydrostatique Pc et il n’y a pas de variation spatiale du moment. Les tensions de radiation sont donc nulles. En présence de vagues se propageant la vitesse de phase C, non seulement la pression Pw va varier en fonction de l’élévation de la surface libre mais en plus il va y avoir un transfert spatial du moment des vagues. Représentation des variations de pression liées aux vagues : explication physique de la notion de tensions de radiation (d'après Longuet-Higgins et Stewart, 1962). Où Uorb est la vitesse orbitale des vagues, ρUorb² le flux de moment lié à la présence des vagues et Pw la pression en présence de vagues 15 15

Approche par tensions de radiations (Phillips 1977) dans les équations de conservation barotropes On réécrit les équations des conservation barotropes (équation de quantité de mouvement et de continuité intégrées sur la verticale), en considérant que le champ de vitesse est égal à la somme d’un courant moyen indépendant de la bathymétrie Um et d’une partie fluctuante représentant l’apport du mouvement des vagues Uorb. Ainsi, le flux de moment supplémentaire est équivalent dans les équations de conservation barotropes à des termes que l’on assimile à un gradient de tension de radiation. 16 Extension en 3D: Mellor (2003) Première implémentation Cléa Denamiel (2006) dans le modèle Symphonie

Stokes velocities (REFDIF) Dans la baie de Banyuls… Stokes velocities (REFDIF) SYMPHONIE model ~10 km S-SWELL model 3 m above bottom currents in the Banyuls Bay the 12 november 1999 at 18 h (climax of the storm) Thèse Cléa DENAMIEL

Thèse Héloïse Michaud (2008-11) Atmospheric Model: ALADIN 3D Coastal circulation model : Symphonie (SY) Wind-wave generation and propagation model : WW3 Nearshore wave model : SWAN Sediment transport model

Travail de thèse de Héloïse Michaud Tests sur différents cas académiques de différentes paramétrisations Exemple: - Symphonie SY with exponential profile - SY with square exponential profile - SY with uniform profile - SY with Mellor profile - Shorecirc

Simulations génération/propagation des vagues Modèles WW3 et SWAN Travail de thèse de Héloïse Michaud Septembre-Novembre 2008 Hauteur significative de la houle à Sète du 27/10/08 au 5/11/08 Tempête 20

Vitesse de Stokes intégrée sur la verticale Force de gradients de tension de radiation intégrée sur la verticale 21

Courant intégré sur la verticale le 3/11/08 à 6h Courant en surface le 3/11/08 à 6h 22

Du golfe d’Aigues-Mortes à Biscarosse…

Domaine de modélisation Biscarosse (Landes) Bathymétrie originale (remerciements à N. Bruneau)

Domaine de modélisation Biscarosse (Landes) Bathymétrie originale (remerciements à N. Bruneau) Bathymétrie utilisée pour limiter les effets de bord

Amplitude Houle Amplitude houle WSW Simulation SWAN Amplitude houle WNW Simulation SWAN

Vitesses de Stokes Vstokes de surface Houle WSW (SWAN) Vstokes de surface Houle de WNW (SWAN)

Résultats Symphonie-S (après 12h) Houle WSW Fond Surface

Résultats Symphonie-S (après 12h) Houle de WNW Fond Surface

Elevation de la surface libre (cm) Houle WSW Houle WNW

aw a - aw oc Vent Vagues Houle Courants Perspectives: Ardhuin, Bennis … montrent aujourd’hui les défauts théoriques et conceptuels de l’approche par gradients de tensions de radiation 3D Bennis, 2010: Mise à disposition d’équations implémentables: Vent Vagues aw a - aw Organisation Propagation Houle Courants oc Implémentation dans Symphonie

Perspectives EPIGRAM Phase 2: Simulations « réalistes » pour la période et la zone observée (manip Biscarosse) Objectifs: Valider (ou invalider) les modèles développés. Comprendre les processus. Mettre en évidence les problèmes de modélisation, de paramétrisation. Deadline: fin 2010 Phase 3: Retour vers des simulations académiques pour des cas de houles typiques de tempête (de période de retour décennales et centennales). Objectif: Prévoir les zones potentielles (sur le plateau interne) de courants induits par la houle lors des tempêtes atlantiques Cas des tempêtes de janvier 2009 et février 2010 ? Lien avec le thème « Circulation induite par le vent » Deadline: mi 2011