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Modélisation des effets de la marée sur les hauteurs de houle aux abords de Port 2000 au Havre

De Wikibardig
Guillou et Chapalain (2011).
Guillou et Chapalain (2012).

Nicolas Guillou et Georges Chapalain
Laboratoire de Génie Côtier et Environnement (LGCE)
Centre d'Etudes Techniques Maritimes Et Fluviales (CETMEF)

Mots-clés :
Houle, Marée, Modélisation numérique, Mesure, Baie de Seine, Port du Havre



Sommaire


Objectif

La connaissance des états de mer est fondamentale pour de nombreuses applications en génies côtier et civil telles que le dimensionnement des ouvrages de protection littoraux et portuaires, la quantification des flux sédimentaires ou la régulation du trafic maritime.
En zone littorale, la houle subit d'importantes transformations, principalement contraintes par la bathymétrie. La présente étude s'intéresse au phénomène d'amplification des hauteurs de houle par la marée telle qu'observée dans l'environnement macrotidal de l'estuaire externe de la Seine (Figure 1). Le marnage et les courants de marée y atteignent respectivement 7 m et 1,5 m/s en situation de vive-eau moyenne, tandis que les houles annuelles dépassent 5 m. L'étude s'insère dans le projet de recherche sur l'Agitation en ZOne LIttorale à Marée (AZOLIM) de la thématique scientifique et technique "Hydrodynamique Et Réponses des MatEriaux Sédimentaires" (HERMES) du LGCE. Deux publications scientifiques récentes (Guillou et al., 2011; Guillou et Chapalain, 2012), un acte de colloque (Guillou et al., 2010) et un rapport de recherche CETMEF-L11-01 (Guillou et Chapalain, 2011) lui sont consacrés.


Modélisation numérique

La démarche de modélisation numérique s'appuie sur la mise en oeuvre respective selon une approche gigogne aux emprises de la Manche - Mer du Nord et de la baie de Seine (1) de la chaîne de Modélisation Intégrée pour la Simulation des TRAnsports Littoraux (MISTRAL) développée au LGCE (Guillou, 2007) autour des codes de circulation COHERENS (Luyten et al., 1999) et de houle SWAN (Booij et al., 1999) et (2) de la chaîne TELEMAC développée par EDF R&D incluant les codes de circulation TELEMAC 2D (Hervouet, 2003) et de houle TOMAWAC (Benoit et al., 1996) (Figure 1).


Résultats et discussion

Les prédictions numériques sont confrontées aux mesures réalisées aux points H1 et H2 le long du chenal d'accès à Port 2000 et mises à notre disposition par le Grand Port Maritime du Havre (Figure 2). Au-delà de l'accord général en fonction des conditions météorologiques, la modélisation numérique reproduit de manière satisfaisante l'amplification de la hauteur des houles modulée par la marée semi-diurne qui peut atteindre 30 % et qui s'avère largement imputable à la réfraction par le courant de marée (Guillou et Chapalain, 2012). L'influence simulée de la marée sur les hauteurs de houle est ensuite cartographiée à l'échelle de l'estuaire externe de la Seine (Figure 3). Elle se révèle maximale en divers lieux : le long de la digue François Le Chevalier de Port 2000, au voisinage du cap de La Hève, au large de Villerville et le long du littoral sud de l'estuaire externe. La confrontation des cartographies des hauteurs de houle modifiées par (1) les niveaux d'eau seuls et (2) les courants seuls (Guillou et Chapalain, 2011) confirme le rôle prééminent des courants de marée sur la hauteur d'eau en tous ces lieux, sauf le long du littoral sud. Des conséquences sont à prévoir sur les littoraux adjacents, ainsi temporairement surexposés à la houle. D'un point de vue méthodologique, ces résultats recommandent de prendre en considération les effets dynamiques de la marée de manière systématique ou au moins pour une pré-évaluation de l'impact potentiel de ces interactions dans les simulations numériques opérationnelles (études, production de données numériques d'états de mer à usages libres).
Pour plus de détails sont disponibles dans Guillou et al. (2010), Guillou et al. (2011) et Guillou et Chapalain, (2011; 2012) et sur le site internet du LGCE : http://www.memphys-lgce.fr.ht/.
Figure 1 : Emprises des sous-domaines de calcul des modules TELEMAC 2D et TOMAWAC de la chaine TELEMAC en baie de Seine.
Figure 2 : Séries temporelles des hauteurs significatives de houle mesurées et prédites sans et avec les conditions de marée aux points H1 et H2 au mois de novembre 2008.
Figure 3 : Moyenne des différences absolues sur les hauteurs de houle prédites entre les cas avec et sans marée. Les plus fortes valeurs correspondent aux zones où l'influence de la marée sur la hauteur de houle est maximale.

 
Remerciements

Nous remercions le Grand Port Maritime du Havre pour la mise à disposition des mesures présentées à la Figure 2.


Références 

  • Benoit, M., Marcos, F., Becq, F. (1996). Development of a third generation shallow-water wave model with unstructured spatial meshing. In: Proceedings of the 25th International Conference on Coastal Engineering (Orlando, USA), 465-478.
  • Booij, N.R.C., Ris, R.C., Holthuijsen, L.H. (1999). A third generation wave model for coastal regions 1. Model description and validation. Journal of Geophysical Research, 104, 7649-7666.
  • Guillou, N. (2007). Rôles de l'hétérogénéité des sédiments de fond et des interactions houle-courant sur l'hydrodynamique et la dynamique sédimentaire en zone subtidale – applications en Manche Orientale et à la pointe de la Bretagne. Thèse de doctorat de l'Université de Bretagne Occidentale, 469 pp.(téléchargement).
  • Guillou, N., Chapalain, G., Sergent, P. (2010) Prise en compte de la marée pour les prédictions de houle aux abords de Port 2000 au Havre. VIIIèmes Journées Scientifiques et Techniques du CETMEF, Brest.
  • Guillou, N., Chapalain, G., Sergent P. (2011). Influence des niveaux d'eau et des courants de marée sur la hauteur de houle dans l'estuaire de la Seine. La Houille Blanche, n° 6, 49-55, doi: 10.105/lhb/2011061.
  • Guillou, N., Chapalain, G. (2011). Modélisation des effets de la marée sur les hauteurs de houle aux abords de Port 2000 au Havre. Rapport de recherche CETMEF-L001/11, 49 p. (téléchargement).
  • Guillou, N., Chapalain, G. (2012). Modeling the tide-induced modulation of wave height in the outer Seine estuary. Journal of Coastal Research. Volume 18, Issue 3 (May 2012), pp. 612-623, doi: 10.2112/JCOASTRES-D-11-00075.1.
  • Hervouet, J.-M. (2003). Hydrodynamique des écoulements à surface libre. Modélisation numérique avec la méthode des éléments finis. Paris, France. Presses de l'Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 311 p.
  • Luyten, P.J., Jones, J.E., Proctor, R., Tabor, A., Tett, P., Wild-Aden, K. (1999). COHERENS: A COupled Hydrodynamical Ecological model for RegioNals and Shelf seas - Part III - Model Description (Available on CD-ROM via http://www.mumm.ac.be./coherens). Management Unit of the North Sea Mathematical Models, Report MAS3-CT97-0088, Belgique, 911 p.

     



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