Contraintes de cisaillement de fond - Application en configuration de substrat cr´epidul´e

5.4 Application en configuration de substrat cr´epidul´e

5.4.2 Contraintes de cisaillement de fond

5.4.2.a. Contraintes de cisaillement totale

• Analyse aux sites exp´erimentaux

- Campagne TRAVIES 1 : La figure 5.30 confronte les pr´edictions de vitesse

de frottement (u⋆ = ^qτ0/ρ) avec et sans prise en compte des cr´epidules, par rapport

aux mesures de la campagne TRAVIES 1 d’avril 2006. À la station S1 où la densité de crépidules est d’environ 1500 ind/m2, le modèle ≪ crépidules ≫ surestime en moyenne la vitesse de frottement de 17 % par rapport au signal mesuré. Par comparaison, le modèle

≪abiotique≫prédit des vitesses de frottement 34 % inférieures aux mesures. À la station S2 où la densité de crépidules ne dépasse pas 50 ind/m2, le modèle≪crépidules≫surestime la vitesse de frottement de 28 % par rapport au signal mesuré. Par comparaison, le modèle

≪ abiotique ≫ prédit des vitesses 18 % inférieures aux mesures. Les valeurs observées en S2 en pointe de flot sont mieux reproduites par le modèle ≪ crépidules ≫, contrairement au jusant où le modèle ≪ abiotique≫ est plus performant (voir discussion ci-dessous).

- Campagne CREP : La figure 5.31 confronte les pr´edictions de vitesse de

frotte-ment avec et sans prise en compte des crépidules, par rapport aux mesures de la campagne CREP d’avril 2012 (moyenne des trois méthodes COV, ECT et ID). `A la station C1 où la densité de crépidules est d’environ 1500 ind/m2, le modèle≪ crépidules≫ surestime en moyenne la vitesse de frottement de seulement 2 % alors que le modèle ≪ abiotique ≫ la sous-estime de 39 %. À la station C2 où la densité de crépidules ne dépasse pas 50 ind/m2, le modèle ≪ crépidules ≫ surestime la vitesse de frottement de 22 % (12 % si les me-sures proviennent uniquement de la méthode ECT ), alors que le modèle≪ abiotique≫ la sous-estime de 26 % (32 % si uniquement méthode ECT ). Le tableau 5.8 récapitule les différences d’aptitude entre les deux scénarios.

(a) flot

(b) jusant

Figure 5.29 – Différence relative (en %) entre les prédictions de courant des modèles

≪ crépidules ≫ (flèches noires) et ≪ abiotique ≫ (flèches grises), aux pointes de courant (a) de flot et (b) de jusant, du cycle de marée moyenne sélectionné le 18 Avril 2006. Les bancs de crépidules sont rappelés avec les isolignes de densité 60 et 720 ind/m2.

(a) station S1 (b) station S2 BM PM−coef.76 BM PM−coef.71 BM 0 0.5 1 1.5 2 2.5 u^* (cm/s) BM PM−coef.76 BM PM−coef.71 BM 0 0.5 1 1.5 2 2.5 u^* (cm/s)

mesures modèle "abiotique" modèle "crépidules"

Figure 5.30 – Vitesse de frottement sur le fond (en cm/s) aux stations (a) S1 et (b) S2, d’après les mesures (noir) et les prédictions des modèles ≪ abiotique ≫ (bleu) et

≪ cr´epidules ≫ (vert), au cours de deux cycles de mar´ee moyenne (coef. 76 et 71, du 17 au 18 avril 2006) extraits de la campagne TRAVIES 1.

(a) station C1 (b) station C2

BM PM−coef.72 BM PM−coef.76 BM 0 0.5 1 1.5 2 2.5 u^* (cm/s) BM PM−coef.72 BM PM−coef.76 BM 0 0.5 1 1.5 2 2.5 u^* (cm/s)

mesures modèle "abiotique" modèle "crépidules"

Figure 5.31 – Vitesse de frottement sur le fond (en cm/s) aux stations (a) C1 et (b) C2, d’après les mesures (noir) et les prédictions des modèles ≪ abiotique ≫ (bleu) et

≪ cr´epidules≫ (vert), au cours de deux cycles de mar´ee moyenne (coef.72 et 76, du 18 au 19 avril 2012) extraits de la campagne CREP.

Tableau 5.8 – Évaluation des prédictions du modèle ≪ crépidules ≫ par rapport aux mesures de vitesse de frottement, lors de la campagne CREP d’avril 2012. Les valeurs entre parenthèses correspondent aux prédictions du modèle ≪ abiotique≫.

Station

M´etrique

r2 BSS

C1 0.6749 (0.6971) 0.5448 (0.0748)

surestimée par le modèle≪ crépidules ≫ d’environ 20 % aux stations S2/C2. Dans cette zone, la vitesse du courant moyen est aussi surestimée par rapport aux mesures, de 13 % en avril 2012 (station C2) à 23 % en avril 2006 (station S2). Cette différence entre modèle et mesures principalement au jusant est probablement liée au fait que de nombreuses algues rouges soient accrochées sur le fond dans la baie de Daoulas, et que le modèle ne prenne pas en compte leur effet sur la rugosité de fond. De plus, l’interpolation des densités de crépidules est effectuée sur un maillage dont la taille est comprise entre 150 et 250 m dans cette zone, ce qui est du même ordre de grandeur que la distance entre les stations. Les valeurs de densité de crépidules extraites du modèle sont de 310 ind/m2 en S2, 650 ind/m2

en C2, 1090 ind/m2 en C1, et 1400 ind/m2 en S1. La rugosité est donc 50 à 100 fois supérieure, respectivement en C2 et S2, lorsque les crépidules sont prises en compte. La contrainte de cisaillement totale sur le fond est donc exacerbée par rapport à un substrat complètement≪abiotique≫. Malgré tout, le modèle≪crépidules≫améliore nettement les prédictions de vitesse de frottement au centre des bancs de crépidules (stations S1/C1).

• Analyse `a l’´echelle de la rade

Les pr´edictions de contrainte de cisaillement totale sur le fond τ0 du mod`ele

≪ crépidules ≫ sont comparées aux prédictions du modèle ≪ abiotique ≫, au cours du cycle de marée moyenne sélectionné le 18 Avril 2006 (figure 5.32). La contrainte de ci-saillement totale sur les bancs de crépidules est augmentée d’un facteur allant jusqu’à 2,5 (au niveau des bancs les plus denses), ce qui a pour effet de diminuer la vitesse des courants moyens dans leur sillage. Par suite, τ0 est réduit dans le sillage des bancs de crépidules. La diminution de 10 à 20 % de la vitesse du courant de flot dans le sillage des bancs de crépidules de la baie de Daoulas (figure 5.29) induit une réduction du frottement de 25 à 35 %, tandis que sur les rives, l’augmentation de la vitesse du courant implique une augmentation du frottement de 20 à 60 %. Malgré un impact relativement faible sur la circulation des courants, les crépidules modifient significativement la répartition spatiale des contraintes sur le fond.

5.4.2.b. Contraintes de cisaillement de peau

Les cr´epidules ont des effets locaux antagonistes sur la contrainte de cisaillement de fond. Elles augmentent la contrainte de cisaillement totale τ₀ mais diminue la part du cisaillement de peau τ′

(qui s’applique aux sédiments de fond). L’effet combiné peut être illustré figure 5.33. Pour une vitesse de courant moyen donnée, la contrainte de cisaillement de peau (ou effective) est plus importante dans le cas où la densité de crépidules est comprise entre 60 et 720 ind/m2 que si le lit de vase-sableuse était nu. Lorsque la densité

C h ap it re 5. Ap p lic at io n d u mo d `el e

Figure 5.32 – Différence de contrainte de cisaillement totale sur le fond τ0 entre les prédictions des modèles≪crépidules≫et≪abiotique≫, au cours d’une marée moyenne. La répartition des bancs de crépidules est rappelée avec l’isoligne 60 ind/m2.

60 260 720 4500 0

1 1.86 2.14

densité de crépidules (ind/m²)

τ’/

τ ^abio

Figure 5.33 – Variation de la contrainte de cisaillement de peau τ′

en fonction de la densité de crépidules (ind/m2), rapportée à la contrainte de cisaillement sur un fond de vase-sableuse nu (d50 = 19 µm), d’après l’équation 4.5.

L’effet globale des crépidules sur la modification du cisaillement de peau est évalué par comparaison entre les prédictions des modèles ≪ crépidules ≫ et ≪ abiotique ≫ (fi-gure 5.34). Dans le bassin sud-est, les différences sont significatives aux pointes de courant, particulièrement de flot, lors duquel la contrainte de peau est 1,5 à 2 fois plus importante en présence de crépidules éparses. Sur le bord de la baie de Roscanvel, la modification de la contrainte de fond par les crépidules a lieu à pleine mer où les courants giratoires de flot persistent.

Dans le document Dynamique et échanges sédimentaires en rade de Brest impactés par l'invasion de crépidules (Page 123-128)