Dynamiques sédimentaires

Décembre 2007 - Démarrage du projet FREPLATA

Le Fond Français pour l'Environnement Mondial (FFEM) et le GEF (Global Environmantal Facilities) financent le projet FREPLATA dédié à l'étude environnementale et la protection de l'estuaire du Rio de la Plata. Ce projet a officiellement démarré en décembre 2007. La participation de l'Ifremer à ce projet se traduit par 4 actions :

1) la modélisation hydro-sédimentaire de l'estuaire
2) la mise en place de stations de mesures environnementales pour la validation de modèle
3) l'interprétation d'images satellitales utilisées pour une mesure globale et indirecte des données de chlorophylle et de turbidité
4) la mise en place d'une interface du modèle qui aidera au développement d'une stratégie de gestion de l'estuaire

La première année sera dédiée à la collecte des données nécessaires à la mise en place du modèle (un effort particulier devra être fait concernant les données météorologiques) et à l'implantation du modèle lui-même. Les instruments de validation seront également développés, et implantés en fin d'année (stations de mesure, développement du traitement des images satellitales). Les systèmes d'information géographique existants seront améliorés.

La recette totale pour Ifremer s’élève à 511 k€.

Contact : Florence.Cayocca@ifremer.fr  

Septembre 2007 - Conférence sur le transport des sédiments

Intercoh'07 est une conférence internationale thématique dédiée au transport des sédiments fins dans les rivières, les lacs, les barrages, les estuaires, le long du littoral et sur le plateau continental. Cette conférence, ouverte à l'ensemble des sujets liés au transport de sédiments cohésifs dans l'environnement, se tiendra à Brest du 25 au 28 septembre 2007.

Les conférences Intercoh constituent un forum international où les chercheurs et ingénieurs du monde entier peuvent se rencontrer et échanger leurs expériences, afin d’aboutir à une meilleure compréhension des mécanismes contrôlant le transport des sédiments fins. Ces conférences regroupent habituellement une centaine de scientifiques et proposent des sessions plénières, permettant d’échanger et de discuter les avancées de chacun.

L’Ifremer est l’organisateur principal de cette manifestation. La date limite pour l'envoi des résumés est fixée au 25 mars 2007.

Contact : Pierre.Le.Hir@ifremer.fr et site internet http://www.ifremer.fr/intercoh2007/fr/index.htm  

Décembre 2006 - Caractérisation et dynamique des turbidités en zone côtière : l’exemple de la région marine Bretagne Sud

Caroline Tessier a soutenu sa thèse à Bordeaux le 7 décembre 2006, sur le sujet mentionné ci-dessus.
Les membres du jury étaient :

Professeur Philippe Bertrand (EPOC-DGO-UMR 5805 Université Bordeaux 1)
Sylvain Ouillon (IRD Nouméa)
Xavier Durrieu de Madron (CEFREM Perpignan),
Professeur Patrice Castaing (EPOC-DGO-UMR 5805 Université Bordeaux 1)
Pierre Le Hir (Ifremer)
Frédéric Jourdin (EPSHOM-CMO, DGA)
Jean-Marie Froidefond (EPOC-DGO-UMR 5805 Université Bordeaux 1)
Xavier Lurton (Ifremer)

L’étude des variabilités spatio-temporelles des turbidités en Bretagne Sud a été entreprise en privilégiant l’exploitation de l’intensité rétrodiffusée des profils ADCP et la modélisation numérique 3D de la zone. L’inventaire des données disponibles sur le secteur d’étude a montré que les mesures faites lors des campagnes en mer constituent un jeu de données important mais restent ponctuelles et éparses. Une grande variabilité spatiale des turbidités est observée, associée à une grande diversité des particules la composant : particules organiques, minérales et détritiques, dont la part respective varie selon la saison et les conditions hydrologiques des fleuves. De plus, les mesures in-situ sont pour la plupart réalisées par temps calme, et donnent des concentrations faibles, par rapport à ce que peuvent montrer les images satellites en hiver.

Pour mieux cerner la variabilité temporelle des turbidités dans la zone, trois mouillages instrumentaux ont été réalisés successivement dans le Mor-Bras (région marine située entre la Loire et la baie de Quiberon), avec des courantomètres acoustiques ADCP, mesurant, en quasi-continu et sur toute la colonne d’eau, le courant et l’intensité rétrodiffusée du signal. Pour exploiter ce signal, et valider sa capacité à mesurer la charge en particules de l’eau, des mesures de turbidité optiques ont été faites simultanément : séries temporelles en un point et profils verticaux occasionnels. Une première tentative d’inversion du signal acoustique a été faite à partir de l’équation du sonar et un modèle de rétrodiffusion, après avoir mesuré en laboratoire les caractéristiques d’émission et de réception des ADCP. Du fait de la variabilité des particules, et l’incertitude sur leur densité et leur comportement élastique, les résultats n’ont pas permis d’obtenir des concentrations réalistes. Par contre, le signal acoustique, traité et normalisé par unité de volume, peut être calibré avec quelques mesures de concentration obtenues indépendamment. Les résultats sont alors très satisfaisants et très bien corrélés aux forçages hydrodynamiques. Dans nos conditions environnementales, les mesures ADCP permettent ainsi d’obtenir des séries temporelles de concentration sur toute la colonne d’eau et sont nettement moins sensibles à l’encrassement que les turbidimètres optiques. La dynamique des particules fines peut alors être étudiée précisément, en réponse aux différents forçages mesurés simultanément. Les mesures ADCP constituent également un bon outil de validation des modèles hydro-sédimentaires.

Le modèle MARS-3D a été configuré sur un domaine s’étendant de la pointe de Penmach’ à l’Ile d’Yeu, avec un maillage irrégulier, raffiné à 700 mètres dans le secteur Loire-Vilaine, et avec huit niveaux (sigma) sur la verticale. Par souci de simplification, une seule classe de particules fines est considérée, et le tassement n’est pas pris en compte. Le forçage par la marée est assuré à la limite ouverte par les élévations de surface libre calculées avec un modèle MARS-2D de plus grande emprise. Le forçage par le vent (ARPEGE) est pris en compte, il est responsable des circulations grande échelle induites par effet de pente mais génère aussi localement des circulations 3D, liées à la géométrie complexe du domaine. Le forçage par les houles et les vagues a été généré par des simulations du modèle SWAN, configuré sur le même domaine et la même grille, forcé à la limite par des spectres de houles issus de simulations WAVEWATCH-III. Il prend en compte la génération par le vent (ARPEGE) et les variations de hauteur d’eau et de courant. Les contraintes sur le fond induites par les courants et les vagues dépendent du choix de l’échelle de rugosité -encore mal connue- du sédiment. Une étude de sensibilité montre que les parts respectives des courants et des houles sur la contrainte au fond changent en fonction de l’échelle de rugosité considérée.

Le modèle hydro-sédimentaire a été calibré avec les mesures ADCP acquises en continu dans le Mor-Bras en octobre 2004 et février 2005 et les simulations sur cette période de 5 mois ont été analysées. Les remises en suspension par les houles apparaissent comme le facteur prépondérant des turbidités dans les secteurs où les fonds sont composées de particules fines. La répartition des turbidités dépend ensuite de la dynamique complexe liée à la structure hydrologique de la masse d’eau et fonction des conditions de marée, de vent et des apports par les fleuves. Cette dynamique est contrôlée dans le modèle par la fermeture turbulente. Malgré le rôle d’abri des îles et de la presqu’île de Quiberon, le Mor-Bras est l’endroit où les remises en suspensions par les houles sont les plus fortes, de l’ordre de 100 mg/l au fond (10 mg/l en surface) au centre de la baie et deux fois plus élevées en baie de Vilaine, moins profonde. L’embouchure de la Loire est aussi fortement touchée par les houles, des concentrations de 100-200 mg/l peuvent être générées sur les bancs découvrants. En baie de Bourgneuf, les quantités remises en suspension sont plus faibles mais les plus fortes excursions de marée et les circulations liées au vent entretiennent les structures turbides. En accord avec les images satellites, les concentrations moyennes sont relativement faibles dans l’Est du domaine, inférieures à 2 mg/l en surface (à 5 mg/l au fond) autour des Iles Glénan.

Contact : Pierre.Le.Hir@ifremer.fr  

Novembre 2006 - Etude de l’impact des installations conchylicoles sur la dynamique sédimentaire par mesures in situ, expérimentation et modélisation numérique

Youen Kervélla vient de commencer sa thèse sur le sujet mentionné ci-dessus, et sera encadré par F. Cayocca (laboratoire DYNECO Physed, Brest). Les installations conchylicoles (tables à huîtres, bouchots) du littoral français sont responsables de modifications sédimentaires dans leur environnement proche (envasement des parcs ostréicoles, dépôts de vase au pied des bouchots), mais aussi à plus grande échelle (envasement de baies). Ces altérations sont néfastes à la croissance des coquillages, mais sont également incriminées pour des questions de qualité de l’eau. Ces préoccupations réelles n’ont pas été étudiées depuis les années 80, néanmoins les travaux récents (menés par le laboratoire d’accueil) à Marennes et en Baie du Mont Saint Michel commencent à appréhender les effets des installations sur les courants et les vagues.

Dans ce contexte, la thèse proposée consistera à comprendre dans le détail les divers processus responsables des modifications sédimentaires autour des structures et à l’échelle d’une baie, en examinant :

  • l’impact des structures sur la circulation hydrodynamique à petite échelle (étude expérimentale et numérique menée en collaboration avec l’Université de Toulon et du Var et le laboratoire ERT/HO),
  • la prise en compte des structures dans un modèle de résolution spatiale ne pouvant les intégrer individuellement (développements du laboratoire DYNECO Physed),
  • l’impact des biodépôts sur l’érodabilité des sédiments (collaboration avec M2C de Caen et le LERN de Port en Bessin).

Le travail s’appuiera notamment sur des mesures in situ réalisées sur différents sites. Le modèle hydro-sédimentaire prenant en compte les effets des installations sera appliqué à la zone de Saint Vaast la Hougue, où des évolutions morphodynamiques seront simulées.

Mots clés : tables à huîtres ; bouchots ; envasement ; bio-dépôts ; érodabilité ; hydrodynamique ; vagues ; courants ; turbidité.

Contact : florence.cayocca@ifremer.fr  

 Juin 2006 - Cartographie satellitaire 

Une cartographie satellitaire des MES en estuaire et Baie de Seine a été réalisée ainsi que la mise en place d’une démarche interactive de calibration du modèle SiAM3D.

Les images quotidiennes de SeaWiFS et MODIS (aujourd'hui) sont traitées en routine avec des algorithmes permettant d'estimer les matières en suspension minérales et la chlorophylle de surface en Baie de Seine et de valider les paramètres du modèle de transport de sédiment (voir image ci-dessous).

 

Matières minérales en suspension le 22 mars 2003 déduites des réflectances marines mesurées par le capteur MODIS

Les deux canaux de MODIS 250 mètres ont aussi été testés sur la Baie de Seine et les images obtenues se sont montrées particulièrement utiles pour caractériser les matières en suspension totales de la zone turbide de l'estuaire. Une image SPOT (23 mars 2003)a été testée dans ce projet, mais le coût très élevé de ces images images ne permet pas d’envisager un traitement opérationnel.

Suite à ce contrat, les images MODIS sont désormais traitées quotidiennement et accessibles par le serveur MarCoast/GMES (inscription gratuite pour la communauté « recherche et éducation ») de la Manche/Mer du Nord à l'adresse internet suivante : http://www.ifremer.fr/nausicaa/roses/index.htm Les nouvelles possibilités de zoom de ce serveur permettent de suivre les évolutions du panache de la Seine avec une précision optimale compte-tenu de la résolution de MODIS.

Ce projet n’est donc pas brutalement arrêté à la fin de la convention et la surveillance de la Baie de Seine pourra, à l’avenir, bénéficier des améliorations obtenues par les capteurs de meilleure résolution, tel MERIS 250 mètres. Enfin, à la demande du groupement Seine-Aval, Francis Gohin participera au séminaire "Indicateurs estuariens" qui se tiendra les 19 et 20 juin à Rouen.

Contacts : Francis.Gohin@ifremer.fr et/ou Pierre.Le.Hir@ifremer.fr 

Décembre 2005 - Modélisation morphodynamique de l’embouchure de la Seine

Le 13 décembre 2005, a eu lieu au laboratoire Morphologie Continentale et Côtière de l'Université de Caen, devant un jury composé de Robert Lafite, Catherine Villaret, Patrice Castaing, Patrick Lesueur, Bernadette Tessier, Louis-Alexandre Romana et Pierre Le Hir, la soutenance de thèse de B. Waeles sur la Modélisation morphodynamique de l’embouchure de la Seine.

 Résumé   

L’embouchure de la Seine a subi des évolutions morphologiques fortes depuis plusieurs décennies, en raison de travaux d’endiguement pour améliorer les accès aux ports de Rouen et du Havre. Une tendance importante est la progradation de l’estuaire aval. Simultanément, la superficie des vasières intertidales tend à diminuer. Les fonds de l’estuaire sont composés de vase et de sable fin (respectivement transportés depuis la rivière de Seine et depuis le large). Leurs distributions sont liées aux caractéristiques hydrodynamiques de l’estuaire et peuvent présenter des structures verticales litées. Pour comprendre les évolutions morphologiques de l’estuaire, un modèle numérique morphodynamique est développé, à partir d’un modèle (3D) validé de transport de sédiments vaseux. Un modèle de transport de sable fin en suspension, ainsi qu’un module de réactualisation bathymétrique sont développés.

L’érodabilité du sédiment tient compte des proportions de sable et de vase ; deux régimes d’érosion sont distingués (non cohésif et cohésif). La consolidation des couches vaseuses est simulée. Ainsi, l’érodabilité des couches superficielles dépend de la concentration relative de vase entre les grains de sable. Des simulations réalisées pour une condition initiale arbitraire du fond sédimentaire montrent que le modèle reproduit une répartition réaliste des vases et des sables. Les principales tendances morphodynamiques, comme la progradation et la rotation des bancs à l’embouchure, sont qualitativement reproduites. Les résultats montrent que sables et vases contribuent de manière spécifique aux évolutions morphologiques.

Ces résultats peuvent également être consultés à l'adresse suivante : http://seine-aval.crihan.fr/_commun/_documents/bulletins/pdf/Blseav21.pdf  

Contact    :  Pierre.Le.Hir@ifremer.fr