Caractérisation des flux sédimentaires longitudinaux

20.1. Le rôle des différents forçages physiques dans les processus de transport sédimentaire longitudinal

Bien que le transport longitudinal ait été largement étudié au cours des dernières décennies, les forçages le contrôlant sur les plages à fort marnage sont encore mal connus et tout particulièrement dans la zone de surf. Ainsi, plusieurs analyses statistiques ont été réalisées à partir des données récoltées au cours des différentes campagnes de terrain, afin de définir quels sont les paramètres qui influencent significativement le transport sédimentaire. Les flux intégrés sur toute la hauteur de la colonne d’eau calculée selon la méthode décrite dans RROOSSAATTII

E

ETT KKRRAAUUSS ((11998899)) seront alors comparés avec plusieurs paramètres hydrodynamiques. Des analyses similaires seront également effectuées pour les flux sédimentaires mesurés à différentes hauteurs dans la colonne d’eau. Ces analyses permettront de distinguer le transport en suspension et le transport à l’approche du fond

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20.1.1. Comparaison des flux intégrés à la colonne d’eau avec les paramètres hydrodynamiques

Il est généralement admis que le transport sédimentaire longitudinal est fortement dépendant de l’énergie de la houle et de son angle d’incidence avec le trait de côte (KOKOMMAARR EETT IINNMMAANN,,

1

1997700). Nos analyses préliminaires ont donc consisté à comparer les flux intégrés à la colonne d’eau de l’ensemble des campagnes de terrain avec les paramètres de la houle mesurés par les appareils hydrographiques (Fig. IV-2), à savoir la hauteur significative des vagues, l’angle d’incidence des crêtes de houle à la côte, la période pic ainsi que le flux d’énergie longitudinal des vagues Eq. IV-1) :

 *cos sin * ) (ECn Pl  Eq. IV-1 où :

Pl est le flux d’énergie longitudinal de vagues (watt.m^-1)

E est l’énergie des vagues exprimée par Eq. IV-2 (Newtons.m²) α est l’angle d’incidence des houles à la côte (°)

Cn est la vitesse de groupe de la houle exprimée par Eq. IV-3 où n = 1 dans les eaux peu profondes (KOKOMMAARR, , 11999988) 8 ² gH E_  Eq. IV-2 où :

ρ est la masse volumique de l’eau (kg.m-3

) g la constante gravitationnelle H la hauteur de la houle (m) gh C  Eq. IV-3 où :

C est la vitesse de phase de la houle en eaux peu profondes (m.s^-1) h la hauteur d’eau (m)

Il apparaît tout de suite une forte variabilité et une forte dispersion du nuage de points pour les 4 paramètres étudiés (Fig. IV-2). Il n’y aucune relation entre les flux, la période pic, l’angle d’incidence et le flux d’énergie (Pl) puisque le coefficient de détermination R² est inférieur à

Chapitre V – Caractérisation des Transports Sédimentaires Transversaux

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0,1. Il n’existe évidemment pas de relation entre les transports sédimentaires intégrés à la colonne d’eau et la hauteur d’eau locale étant donné que suivant la méthode employée, les piégeages ont été réalisés dans une tranche d’eau similaire (environ 1,2 m). Bien que le coefficient de détermination soit faible (0,36), les flux tendent à augmenter avec la hauteur significative de la houle. En effet, les flux sédimentaires les plus faibles (< 10^-4 kg.s^-1.m^-1) sont toujours associés à de faibles hauteurs de vague (< 0,3 m) et une faible augmentation de la hauteur des houles semble engendrer des augmentations significatives du transport. Il dépasse en effet les 1 x 10^-3 kg.s^-1.m^-1 lorsque la houle atteint une hauteur de 0,4 m, soit un flux 10 fois plus important pour une augmentation de 0,2 m de la houle. En revanche, des flux de plus forte intensité peuvent être associés à des vagues de plus faible amplitude.

Par exemple, durant la campagne de Wissant, mars 2009, un flux de 2,4 x 10^-4 kg.s^-1.m^-1 est associé à des vagues de 0,19 m. Cette gamme de valeurs est retrouvée pendant la campagne d’Hardelot, janvier 2010, où un flux de 8,4 x 10-3

kg.s^-1.m^-1 est associé à des hauteurs de houle qui atteignent 0,22 m. Le fait qu’il y ait une forte variabilité dans le transport sédimentaire sous des conditions d’agitation similaires, et que des flux du même ordre de grandeur puissent être associés à différentes hauteurs de houle, suggère que les processus de transport sédimentaire ne dépendent pas uniquement des conditions d’agitation.

L’ensemble des flux a ensuite été comparé aux vitesses de courant moyen et longitudinales. Les relations entre le transport longitudinal et les vitesses transversales n’ont donné aucune relation significative, c’est pourquoi elles ne seront pas présentées par la suite. Le transport a été mis en relation avec les vitesses de courant moyen à 0,4 m et 0,2 m au dessus du fond (Fig. IV-3), ainsi qu’avec la vitesse longitudinale moyenne (V_lm) qui correspond à la vitesse moyenne du courant dans la colonne d’eau calculée par les ADCP. Les flux ont également été comparés avec les vitesses longitudinales à 0,4 m et 0,2 m au dessus du fond (V_l(0,4) et V_l(0,20).

D’un point de vue général, les relations sont "meilleures" entre le transport longitudinal et les vitesses de courant qu’avec les paramètres de la houle. Néanmoins, les relations sont faibles pour les vitesses moyennées sur la colonne d’eau (0,14 pour Vlm) (Fig. IV-3). Les relations sont meilleures avec les vitesses moyennes à 0,4 m et 0,2 m qu’avec la hauteur significative des vagues puisque le coefficient de détermination atteint respectivement 0,48 et 0,39 (Fig.

IV-3). Bien que, encore une fois, les coefficients de détermination ne soient pas très élevés,

ces comparaisons dénotent tout de même une tendance similaire à celle observée avec les hauteurs de houle. Cependant, les vitesses longitudinales semblent être moins bien corrélées avec le transport que les vitesses moyennes. Le transport sédimentaire tend donc à augmenter avec l’intensification du courant moyen (Fig. IV-3). Les flux compris entre 1 x 10-4

et 1 x 10

-5

kg.s^-1.m^-1 sont exclusivement associés à de faibles vitesses de courant (< 0,2 m.s^-1). A contrario, lorsque la vitesse du courant moyen dépasse 0,4 m.s^-1, les flux sédimentaires sont toujours supérieurs à 1 x 10^-3 kg.s^-1.m^-1.

Déjà observé précédemment, des flux de forte intensité peuvent être associés à des vitesses de courant moins importantes. Notamment, la plus forte vitesse de courant enregistrée a atteint 1,29 m.s^-1 associée à un flux de 7,2 x 10^-3 kg.s^-1.m^-1 (WI09), alors que le flux le plus

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important échantillonné à proximité d’un appareil a atteint 1,6 x 10 kg.s .m pour une vitesse de seulement 0,5 m.s^-1 (ZY09) (Fig. IV-3).

Fig. IV-2 : Relations entre les paramètres de la houle (Hs, α, Tp et Pl) et les flux longitudinaux calculés pour l’ensemble des campagnes.

Fig. IV-2 : Relationship between wave parameters and longshore sediment transport rates for all field experiments where H_s is the significant wave height (m), α the wave angle (°), T_p is the peak period and Pl is the longshore wave power(W.m.s^-).

En dessous de 0,2 m.s^-1, la gamme des flux sédimentaires est relativement étendue puisque les taux de transport sont compris entre 1 x 10^-3 et 1 x 10^-5 kg.s^-1.m^-1, mais avec l’augmentation du courant et notamment au-delà de 0,4 m.s^-1, la dispersion est moins importante. Cette valeur de 0,4 m.s^-1 pourrait constituer un seuil à partir duquel le transport est dominé par le courant moyen. En revanche, cette forte variabilité des flux sédimentaires en dessous de 0,2 m.s^-1 peut être expliquée par une plus forte influence d’autres paramètres hydrodynamiques tels que le mouvement oscillatoire des vagues. Cela peut refléter également la limite de la méthode d’échantillonnage dans de faibles conditions d’agitation.

Il apparaît dans un premier temps que la hauteur des houles et la vitesse du courant moyen sont responsables de la variation des flux sédimentaires. A travers les nombreuses analyses statistiques exploratoires, le produit de la hauteur significative des houles et du courant corrélé aux flux longitudinaux a montré de meilleures relations que lorsqu’ils sont considérés séparément (Fig. IV-4). Les coefficients de détermination atteignent même 0,58 pour le produit de la hauteur de la houle avec la vitesse du courant à 0,2 m. Bien que les autres coefficients ne soient pas encore très élevés, ils sont toutefois meilleurs que si l'on compare les paramètres séparément.

Chapitre V – Caractérisation des Transports Sédimentaires Transversaux

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Fig. IV-3 : Relations entre les flux sédimentaires longitudinaux et les vitesses de courant moyen (V_lm ) et à 0,2 m et 0,4 m au dessus du fond (V(0,2) et V(0,4)) ainsi qu’avec les vitesses de courant longitudinal (Vl (0,2), Vl (0,4)), pour l’ensemble des campagnes.

Fig. IV-3 : Relationship between longshore sediment transport rates with mean current velocities (V_lm) and measured at 0.2 m and 0.4 m (V (0.2) and V (0.4)) above the bed, and with mean longshore velocities (V_l (0,2), V_l (0,4)) for all the field experiments.

Fig. IV-4 : Relations entre le produit de la hauteur significative des houles (H_s) et de la vitesse du courant moyen (V) et longitudinale (Vl) à 04 m (A) et 0,2 m (B) au dessus du fond avec les flux sédimentaires longitudinaux (FL)

Fig. IV-4 : Relationship between the product of significant wave height (H_s) and mean current (V) or longshore current (Vl) velocities measured at 0.4 m (A) and 0.2 m (B) above the bed with longshore sediment transport rates (FL).

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20.1.2. Variabilité des flux sédimentaires longitudinaux en fonction des zones hydrodynamiques.

Le transport sédimentaire dans la zone de surf est étroitement lié au déferlement des vagues et à leur angle d’incidence avec la côte. Toutefois, dans un souci d’homogénéité des données, les structures ont été déployées dans une tranche d’eau équivalente (environ 1,2 m). Or, en fonction des conditions d’agitation et du marnage, les zones de surf et de déferlement ne sont pas localisées au même niveau sur l’estran, le piégeage a donc parfois été réalisé dans la zone de levée ou dans la zone de surf. Déjà décrit précédemment (Cf. Chapitre II), la hauteur relative (H_s.h^-1) permet de définir les variations spatio-temporelles des processus hydrodynamiques au cours de la marée, ainsi que la hauteur relative des houles au point de déferlement (H_s.h^-1_b).

La figure (Fig. IV-5) présente l’ensemble des flux sédimentaires longitudinaux intégrés à la colonne d’eau (A) (kg.s-1

.m^-1) et au niveau de chaque filet (B) (kg.s^-1.m^-2), comparés à la hauteur relative des houles (H_s.h^-1). Les lignes en pointillé rouge indiquent la valeur de la hauteur relative au déferlement (H_s.h^-1_b) calculée empiriquement pour chaque site d’étude. Elle est égale à 0,18 pour le site d’Hardelot et 0,32 pour les sites de Zuydcoote et Wissant. Au-delà de ce seuil, les flux mesurés sont considérés comme étant dans la zone de surf, en deçà, ils sont proches du déferlement mais en zone de levée. Il semble que les flux tendent à s’intensifier avec l’augmentation de la hauteur relative des vagues. La hauteur relative des vagues traduit la dissipation de la houle, donc lorsqu’elle augmente, le transport sédimentaire s’intensifie également.

Le transport mesuré dans la zone de levée est en moyenne 3 fois moins important que dans la zone surf. Il atteint un maximum de 2,8 x 10^-2 kg.s^-1.m^-1 alors que le transport peut atteindre 7,2 x 10^-2 kg.s^-1.m^-1 dans la zone de surf. Le transport dans la zone de levée est donc généralement moins intense. En effet, 87% des flux dans cette zone sont inférieurs à 1 x 10

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kg.s^-1.m^-1, alors que dans la zone de surf, cela concerne seulement 60% des mesures (Fig.

IV-6). De plus, il apparaît que 30% des flux mesurés dans la zone de surf sont compris entre

1 x 10^-3 kg.s^-1.m^-1 et 1 x 10^-2 kg.s^-1.m^-1, alors que dans la zone de levée, seulement 9% atteignent cette gamme de valeurs.

Il apparaît donc une différence significative entre le transport mesuré dans la zone de surf de celui échantillonné dans la zone de levée. Les données ont ensuite été filtrées en fonction de leur localisation soit dans la zone de surf, soit dans la zone de levée puis comparées avec les paramètres hydrodynamiques. Dans un premier temps, un filtrage a été effectué sur toutes les campagnes avec une valeur seuil moyenne de 0,3 couramment utilisée sur les plages de la côte d’Opale (SSEEDDRRAATTII EETT AANNTTHHOONNYY, , 22000077), séparant ainsi les données mesurées dans la zone de surf (Fig. IV-7 et Fig. IV-8) de celles réalisées dans la zone de levée (Fig. IV-10,et Fig.