VIII Introduction
14. Différenciation des processus en fonction de la zone hydrodynamique
La méthode de terrain employée nous a contraint à échantillonner le transport sédimentaire dans différentes zones hydrodynamiques et plus particulièrement dans la zone de levée, proche du déferlement et dans la zone de surf. Dans la partie précédente (Cf. Chapitre II), le calcul de la hauteur relative au déferlement a permis de différencier empiriquement les données enregistrées en fonction de la zone hydrodynamique. Nous verrons par la suite les différences fondamentales entre les processus qui animent la zone de levée et la zone de surf.
14.1. La houle
14.1.1. Dissipation de l’énergie des vagues
La figure (Fig. III-14) montre la relation entre la hauteur relative des houles et la profondeur locale pour chaque site d’étude. Les données correspondent aux mesures hydrodynamiques acquises au cours des deux campagnes de terrain pour chaque site. Toutes les données enregistrées à une profondeur inférieure à 0,50 m ont été supprimées en raison d’une plus grande sensibilité des capteurs dans les faibles tranches d’eau. Pour la campagne de Zuydcoote, fin 2009, nous avons différencié les enregistrements réalisés dans les petits fonds de ceux effectués sur l’estran.
La hauteur relative atteint respectivement 0,69, 0,86 et 0,70 pour Zuydcoote, Wissant et Hardelot. Les enregistrements réalisés dans les petits fonds montrent une hauteur relative
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systématiquement inférieure à 0,2, caractéristique des conditions de faible agitation et de zone de levée des vagues (DEDEHHOOUUCCKK EETT AALL..,, 22000099). Sur l’estran, la hauteur relative augmente significativement avec la diminution de la tranche d’eau. Cette augmentation de la hauteur relative des vagues définit le comportement de la houle lors de sa propagation à travers la zone intertidale. La diminution de la hauteur d’eau et l’augmentation de la pente locale induit un gonflement des vagues ainsi que son déferlement. L’homogénéité du nuage de points pour les campagnes de Wissant traduit des conditions d’agitation similaires alors qu’à Hardelot, la campagne de 2009 avait été caractérisée par des conditions d’énergie très faibles alors qu’elles étaient beaucoup plus agitées en 2010. Cette différence est marquée par des hauteurs relatives moins importantes lors de faibles conditions énergétiques (HA09).
Fig. III-14 : Hauteur relative des vagues en fonction de la profondeur locale sur chaque site et en fonction de la campagne
de terrain.
Fig. III-14 : Relative wave height as a function of local water depth for all study sites.
La figure (Fig. III-15) représente la distribution des hauteurs significatives des vagues pour chaque campagne de terrain et en fonction de la zone hydrodynamique. Lorsque Hs.h-1 < Hs.h
-1
b, les données sont enregistrées dans la zone de levée, et dans la zone de surf quand Hs.h-1 > Hs.h-1b.
Dans la zone de levée, les hauteurs de vague apparaissent nettement inférieures à celles que l’on retrouve dans la zone de surf et ce, quelle que soit l’énergie mise en jeu. Toutefois, lors de conditions de faible agitation, comme durant la campagne de HA09, la distribution des hauteurs de vagues reste restreinte avec une majorité comprise entre 0,10 m et 0,40 m pour la zone de surf et de levée. Cependant, la hauteur de vague la plus représentée dans la zone de surf est supérieure à celle dans la zone de levée.
Lors de fortes conditions d’agitation, la différence entre les deux zones hydrodynamiques réside dans la gamme de hauteur de vagues représentées. En effet, par exemple, lors de la campagne de WI10, les hauteurs de vague dans la zone de levée sont principalement comprises entre 0,10 m et 0,50 m avec un pic à 0,20 m. La zone de surf est, quant à elle, caractérisée par un large spectre de hauteur de vague compris entre 0,10 m et 2 m.
La principale cause de cette différence de conditions d’agitation en fonction de la zone hydrodynamique, provient de la diminution de la tranche d’eau dans la zone de surf qui provoque le gonflement et le déferlement des vagues. Cette zone est soumise à une forte dissipation de l’énergie de la houle et constitue une zone de forte remobilisation du sédiment.
Chapitre IV – Caractérisation des Transports Sédimentaires Longitudinaux
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Fig. III-15 : Distribution des hauteurs significatives des vagues (Hs) au cours de 6 campagnes de terrain au niveau de la
zone de surf (Hs.h-1 > Hs.h-1b) et de la zone de levée (Hs.h-1 < Hs.h-1b).
Fig. III-15 : Significant wave heights (Hs) distributions for all the fields experiments in the surf zone (Hs.h-1 > Hs.h-1b) and in the shoaling zone (Hs.h-1 < Hs.h-1b). Numbers (1,2 and 3) refer to the limits between the different hydrodynamics conditions where 1 is considering as low wave energy conditions, 2 corresponds to moderate conditions and 3 to higher conditions.
14.2. Les courants
14.2.1. Les courants transversaux
Les données enregistrées par les appareils courantométriques concernant les courants transversaux, correspondent à la moyenne des vitesses sur un burst de 9 min. La moyenne donne une valeur positive ou négative en fonction de la direction résultante au cours du burst. Les courants transversaux traduisent les mouvements oscillatoires des vagues et en raison des fluctuations de ces courants à haute fréquence, les vitesses moyennes apparaissent dans la plupart des cas très inférieures aux vitesses longitudinales (Fig. III-16). Néanmoins, à une échelle temporelle plus élevée, les vitesses instantanées dépassent de manière significative les
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vitesses longitudinales (Fig. III-16). Cette forte intensité des vitesses transversales à haute fréquence aura toute son importance par la suite dans la dynamique sédimentaire.
Fig. III-16 : Evolution des vitesses de courant transversales instantanées au cours d’une minute (A) et moyennées (B) au
cours de plusieurs jours et comparées aux vitesses longitudinales.
Fig. III-16 : Instantaneous cross-shore current velocities (Vt) during one minute (A) and average cross-shore velocities for several days compared to the longshore current velocities (Vl)
L’analyse des vitesses transversales a également permis de déterminer empiriquement la hauteur relative au déferlement et par conséquent de discriminer les données mesurées dans la zone de surf de celles mesurées dans la zone de levée (Cf. Chapitre II). Il est relativement difficile de caractériser les fluctuations des vitesses transversales moyennées étant donné que la moyenne minimise fortement leur intensité. Néanmoins, lors de période de forte énergie la dominance des courants dirigés vers le large est plutôt nette. Cette direction préférentielle est liée à un apport d’eau important à la côte qui doit être compensé par un courant dit de retour. En lien avec l’analyse de la hauteur relative des vagues, le courant transversal est plutôt faible en zone de levée et généralement dirigé vers le haut de plage. En revanche, dans la zone de déferlement et de surf, le courant tendrait plutôt à être dirigé vers le large. C’est d’ailleurs de cette manière que nous avons pu déterminer la hauteur au déferlement.
14.2.2. Les courants longitudinaux
A l’instar de la houle et des courants transversaux, les courants longitudinaux présentent une différence d’intensité selon la zone hydrodynamique. La figure (Fig. III-17) présente la relation entre la hauteur relative au déferlement et la vitesse du courant longitudinal.
Dans un premier temps, l’exemple de Zuydcoote permet de bien différencier les mesures réalisées dans la zone de surf de celles situées dans la zone de levée étant donné qu’un appareil se trouvait dans les petits fonds.
C’est dans la zone de surf (Hs.h-1 > Hs.h-1b) que les vitesses les plus importantes sont mesurées (Fig. III-17). Il apparaît difficile de déterminer un seuil, toutefois la distribution des mesures suggère nettement l’augmentation de la vitesse du courant dans la zone de surf. Selon
D
DAAVVIIDDSSOONN –– AARRNNOOTTTT ((22001100), ces vitesses peuvent être comprises entre 0,2 m.s-1 et 1 m.s-1. Nos mesures sont tout à fait dans une gamme de valeurs similaires et excèdent même 1 m.s-1. Ces
Chapitre IV – Caractérisation des Transports Sédimentaires Longitudinaux
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données confirment bien la présence et la création d’un courant longitudinal dans la zone de surf, généré par le déferlement des vagues (LOLONNGGUUEETT--HHIIGGGGIINNSS, , 11997700).
Fig. III-17 : Comparaison entre la vitesse du courant longitudinal (Vl) et la hauteur relative de la houle (Hs.h-1) pour l’ensemble des campagnes de terrain. ZDS: Zone De Surf et ZDL: Zone De Levée.
Fig. III-17 : Longshore current velocities (Vl) as a function of wave relative height (Hs.h-1) for all the field experiments where ZDS is the surf zone and ZDL is the shoaling zone. Positives values are westward directed (ZY and WII) or northward directed (HA)
Les petits fonds sont systématiquement soumis aux régimes hydrodynamiques de la zone de levée voire de la zone offshore, excepté lors d’événements exceptionnels telles que les tempêtes. Les vitesses de courant dans cette zone et pour cette campagne de terrain (ZY09) sont faibles, relativement homogènes et n’excèdent pas 0,3 m.s-1 pour la plus grande majorité des données (Fig. III-17) La hauteur relative est également peu importante et ne dépasse pas 0,2, valeur caractéristique de cette zone hydrodynamique (DDEEHHOOUUCCKK EETT AALL.., , 22000099). Les mesures réalisées sur l’estran, et toujours dans la zone de levée, sont en revanche plus hétérogènes, les vitesses de courant pouvant atteindre des vitesses nettement plus élevées. Elles ne dépassent cependant pas 1 m.s-1 pour Zuydcoote et Wissant, et 0,7 m.s-1 pour Hardelot.
Si le courant longitudinal dans la zone de surf semble être fortement contrôlé par le déferlement des vagues, le courant dans la zone de levée est essentiellement dû aux courants de marée. Contrairement aux environnements micro à mésotidaux, où les courants longitudinaux dans la zone littorale sont induits par les vagues où peuvent agir des courants sagittaux, les côtes macrotidales sont quant à elles, soumises à des courants de marée intenses qui connaissent toutefois une diminution de leur vitesse à l’approche de la côte (AUAUGGRRIISS EETT A
ALL..,, 11999900). Comme en témoignent les mesures réalisées dans les petits fonds (ZY09), où le déferlement des vagues est absent (Fig. III-17, Hs.h-1 < 0,2), la vitesse du courant moyen semble en effet nettement liée aux variations du niveau d’eau, ce qui suggère un forçage tidal (Fig. III-18).
En résumé, le courant dans la zone de surf est dominé par le déferlement des vagues et par les courants de marée dans la zone de levée. Bien que ces courants tidaux soient moins intenses dans la zone de surf, quels est leur influence sur l’hydrodynamique locale ? Comment le courant généré par le déferlement des vagues interagit-il avec les courants de marée ?
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Fig. III-18 : Comparaison de la vitesse du courant moyen (Vm) avec la hauteur d’eau (h), mesurée en bas de plage et dans les petits fonds (ZY09).
Fig. III-18 : Mean current velocities (Vm) as a function of water depth (h) measured on the lower beach (LB) and on the shoreface (PF).