Formation en météo-Océanographie – Vincent THOUVENIN

Formation en météo-Océanographie – Vincent THOUVENIN
Société privée d'expertise en météo-océanographie Siège social: Draguignan, France date de constitution: 2004 25 ans d'expérience pour les membres créateurs CEEMF - 05/10/18

Domaines d'application des expertises Structures en mer Conception, optimisation de la configuration, dégâts Navires Fixation de colis, fatigue, optimisation de route, incidents CEEMF - 05/10/18

Normes et Documents de référence DNV-rp-c205 Environmental Conditions and Environmental loads ISO Petroleum and Natural Gas Industries Part1 : metocean design and operating conditions IEC Wind turbines, design requirements Part3 : design requirements for offshore wind turbines EM : Shore Protection Manual CEEMF - 05/10/18

Meteo-Océanographie = Interface Atmosphère / Océan Vents : Source des perturbations à la surface de la mer Etats de mer, vagues Générées par le vent, propagation, amortissement Courants Générés par le vent mais pas que (courant de marée, courant de densité, courant de turbidité,etc…) Niveaux Marée, tempêtes, cyclones, pression atmosphérique CEEMF - 05/10/18

Le Vent Régulation thermique dans la couche atmosphérique, réchauffement du soleil inégalement réparti à la surface terrestre Différences de température de la masse d'air, donc de pression atmosphérique Equation de Navier - Stokes Loi de Buys-Ballot : vent géostrophique CEEMF - 05/10/18

Le Vent Prise en compte du frottement (effets visqueux) : Cisaillement vertical du vent : - 20° sur mer - 40° sur terre CEEMF - 05/10/18

Le Vent Effets côtiers : - Basses côtes : différence de frottement, modification de la direction du vent. Peut atteindre 20° - Côtes élevées: canalisation (falaises, vallées pointes) et/ou modification du champ de pression 227 Km/h en rafale au Cap Corse le 17/01/18 (Venturi) 235 Km/h en rafale sur le pont de l'île de Pag, Croatie, en Mars 2006 (Bora, vent catabatique). La direction est aussi modifiée par la canalisation - Effets thermiques : différence d'inertie thermique entre la mer et la terre CEEMF - 05/10/18

Les Vagues Onde mécanique progressive sinusoïdale - Caractérisée par une Amplitude (H), une Longueur d'onde (L ou λ), une Période (T), une célérité (c) - Pas de déplacement des particules d'eau, mouvement pseudo circulaire CEEMF - 05/10/18

Les Vagues Transfert d'énergie du vent à la surface de la mer - Formation de 'rides' centimétriques désorganisées par frottement visqueux - Puis les rides s'organisent en train régulier - Et il y a transfert d'énergie par différence de pression entre la face 'au vent' et la face 'sous le vent' de la vague CEEMF - 05/10/18

Les Vagues Croissance des vagues, état de mer pleinement développé dépend de la vitesse du vent et du fetch Fetch: distance sur laquelle le vent souffle, peut être limité par la présence d'une côte au vent ou par la structure météorologique - Variabilité en fréquence : S(f) - Et variabilité en direction : S(f,θ) CEEMF - 05/10/18

Les Vagues Propagation des vagues, relation de dispersion Avec: ω= pulsation = 2п/T g = 9.8 m/s h = profondeur k= nombre d'onde = 2п/L tanh = tangente hyperbolique - Grande profondeur (h/L >> 1/2): - Petite profondeur (h/L << 1/2): c = √(gh) : la célérité est indépendante des caractéristiques de vagues, elle ne dépend que de la profondeur La notion de grande ou de petite profondeur est relative à la longeur d'onde des vagues L et pas une profondeur absolue, c'est le ratio h/L qui compte ! CEEMF - 05/10/18

Les Vagues Effets au voisinage de la côte : intéraction avec la bathymétrie et les structures Réfraction Rotation des vagues vers les zones de plus faible profondeur Diffraction Rotation autour d'un obstacle Réflexion Réflexion sur un obstacle ou sur la cote Shoaling et déferlement: cambrure limite : H/L = 1/7 Lorsque la hauteur des vagues dépasse le 7ème de leur longeur d'onde la cambrure devient trop importante pour que les ondes 'supportent' la gravité et les vagues déferlent CEEMF - 05/10/18

Les Courants En surface: générés par frottement visqueux du vent, spirale d'Ekman Vitesse du courant ~ 2% à 3% de la vitesse du vent, amortissement rapide avec la profondeur CEEMF - 05/10/18

Les Courants Courants généraux liés à la position des grands centres météorologiques et des vents en découlant Régulation thermique dans la couche de mélange (200m) CEEMF - 05/10/18

Les Courants Au fond des océans: courants faibles, générés par les gradients de densité (circulation thermohaline) La circulation thermo-haline joue un rôle important dans la régulation thermique de la terre et l'oxygénation des océans Vitesse du courant très faible, le cycle complet dure environ 1000 ans ! CEEMF - 05/10/18

Les Courants Courants de marée, effet alternatif - attraction gravitationnelle: principalement lune + soleil - si sollicitation en phase (sizygie): vives eaux - si sollicitations en opposition (quadrature): mortes eaux Effet de résonnance mécanique des bassins Forte réponse dans l'Océan Atlantique Nord: marnage maximal ~16m en baie de Fundy (Canada) CEEMF - 05/10/18

Les Courants Les effets côtiers Accélération dans les passes Affouillement en pied de digues et piles de pont. Menace de rupture des fondations des ouvrages CEEMF - 05/10/18

Les Phénomènes dangereux Les tempêtes - système alimenté par les zones fontales : séparation entre 2 masses d'air de caractéristiques différentes, souvent thermiques - circulation anti-horaire dans l'Hémisphère Nord (loi de Buys Ballot) - front chaud à l'avant du déplacement et front froid à l'arrière - nés de la rencontre de masses d'air polaires (froid, sec) et tropicales (chaud, humide) - génèse souvent d'origine maritime mais peut être continentale - diamètre moyen généralement compris entre 200 et 1000 Km CEEMF - 05/10/18

Les Phénomènes dangereux Les 'bombes' météorologiques ou tempête à caractére explosif: depressions des latitudes moyennes à système frontal à évolution très rapide - Août 1979, course du Fastnet, force 10 à 11 (vent moyen de 48 à 63 noeuds) Chavirage de 75 bateaux, décès de 18 personnes - Octobre 1987, Bretagne / Normandie, rafales à 220 Km/h 15 victimes, un quart de la forêt bretonne détruite, 1 million de personnes sans électricité - Décembre 1999: Lothar et Martin, France, Belgique, Allemagne, rafales à 200 Km/h sur le littoral charentais 140 morts, 3 millions de foyers privés d'électricité en France, pertes économiques importantes CEEMF - 05/10/18

Les Phénomènes dangereux Février 2010, tempête Xynthia, côtes de charentes maritimes et de vendée 47 morts en France, innondantions par rupture des digues à La Faute sur Mer et l'Aiguillon sur Mer, plusieurs pays touchés: Portugal, Espagne, Belgique, Allemagne Conjonction de plusieurs circonstances défavorables: - tempête à caractère explosif majeur mais pas exceptionnel, rafales à 160 Km/h Ile de Ré - états de mer forts arrivant perpendiculairement à la côte, déferlement, run-up - onde de tempête de 1,5m - forte marée de coefficient 102 CEEMF - 05/10/18

Les Phénomènes dangereux Les cyclones tropicaux : depression tropicale, tempête topicale, cyclone, hurricane, typhon, ouragan. Echelle d'intensité de Safir-Simpson (TD, TS, puis 1 à 5), rayon cyclonique de l'ordre de 50 Km - formés par l'organisation d'orages aurour d'une circulation qui se forme dans de la zone inter-tropicale - source d'énergie = chaleur latente dégagée par la condensation de vapeur d'eau en altitude - machine thermique, fonctionne tant que le cyclone reste au dessus de l'eau chaude (au moins 27°C) - forts vents et pression atmosphérique réduite en son sein stimule l'évaportaion ce qui entretien le phénomène - pas de cyclone en zone équatoriale (pas de force de coriolis) - baisse de l'intensité cyclonique lorque le phénomène se déplace au dessus d'eaux plus froide ou au dessus de terre, mais le cyclone peut se régénérer après un passage transitoire sur des terres - requalification en tempête tropicale ou depression tropicale lorsqu'ils rejoignent la circulation perturbée des hautes latitudes CEEMF - 05/10/18

Les Phénomènes dangereux Echelle de Safir-Simpson Vitesses maximales enregistrées - Super Typhon MEGI (Philippines, 2010): vitesse de vent soutenue 170 noeuds (315 Km/h) - Cyclone OLIVIA (Australie, 2014): vitesse de rafale 220 noeuds (408 Km/h) CEEMF - 05/10/18

Les Phénomènes dangereux Les vagues scélérates - vagues anormalement hautes et très cambrées par rapport à l'état de mer (plus de 2,1 fois la hauteur moy.) - vague solitaire ou par groupe de 2 ou 3 (les 3 soeurs) - les vagues scélérates sont causées par la combinaisons de plusieurs systèmes de vagues, rôle important du tranfert d'énergie par intéraction non-linéaire - pas de préférence géographique mais formation favorisée dans des mers déjà fortes et composées de plusieurs systèmes différents - des vagues scélérates de 30m ont été reportées par des navires (notamment Queen Elizabeth II 1995 Océan Atlantique), la pression de l'impact peut alors atteindre 100 tonnes / m² - de nombreux dégâts rapportés sur des cargos et ferries: en Méditerranée: Louis Majesty 2010 – Cartegene-Genes; Jean Nicoli, 2017 Ajaccio-Marseille; il est estimé qu'un cargo par an coule suite à la rencontre avec des vagues scélérates CEEMF - 05/10/18

Les Phénomènes dangereux Les baïnes - signifie petit bassin en gascon - côtes sableuse avec présence de bancs de sables et chenaux entre les bancs - courant de baïne en présence de vagues déferlantes qui 'remplissent' les bassins - l'eau accumulée s'évacue par les passes vers le large engendrant un fort courant (de l'ordre du m/s) - dépend de la hauteur des vagues, du niveau de marée, de la configuration du fond - pas localisés au même endroit d'une saison à l'autre - une dizaine de décès par an par noyade en France ayant pour cause des baïnes, plusieurs centaines dans le monde - le meilleur moyen d'en sortir indemne et de se LAISSER PORTER AU LARGE et alternativement de nager parallèlement à la côte CEEMF - 05/10/18

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