VIV Introduction
IV- 15) illustrent également la différence de distribution en fonction des unités
,
(
)
(
)
,
(x z F
0x P x z
F
(Eq. IV-4) où : h z z x P( , ) exp (Eq. IV-5) où :F est un flux sédimentaire (kg.m-2.s-1) à une distance x (m) de la côte et à une hauteur z (m) au dessus du fond
P(x,z) est la fonction qui détermine la forme du profil (profil exponentiel) F0(x) est le flux sédimentaire (kg.m-2.s-1) au niveau du fond (z =0)
α est un coefficient de décroissance empirique adimensionnelle h est la hauteur d’eau locale (m)
Un coefficient de décroissance a donc été calculé pour chaque échantillonnage, associé à un coefficient de détermination R² qui permet de valider ou non si la distribution des flux au sein de la colonne d’eau est bien exponentiellement décroissante du fond vers la surface.
Les résultats montrent que le coefficient α atteint en moyenne 2,15. Le coefficient de détermination R² moyen atteint quant à lui 0,71 avec plus de 60% au-delà de 0,70 dont 34% supérieur à 0,90, ce qui traduit que la majorité des profils sédimentaires présente bien une décroissance exponentielle du fond vers la surface. La valeur moyenne de α (2,15) est proche des études antérieures ((KKRRAAUUSS EETT AALL..,, 1199889A9A; ; ROROSSAATTII EETT AALL..,, 11999911; ; WAWANNGG, , 11999988) qui )
avaient trouvé une valeur égale à 2,7. Toutefois, leurs études se basent sur l’ensemble de la zone de surf, de la zone de swash à la zone de déferlement alors que les mesures réalisées dans le cadre de cette étude se concentrent uniquement au niveau de la zone externe de la zone de surf et de la zone de levée. A l’instar des auteurs cités précédemment, WAWANNGG ((11999988) ) a remarqué des différences dans la distribution des sédiments dans la colonne d’eau en fonction de la localisation du piégeage dans la zone de surf. Il a par exemple mis en évidence que le coefficient de décroissance est légèrement plus élevé dans les bâches (3,2) que dans la zone de swash (2,0). Nos résultats montrent également des différences puisqu’il apparaît que la décroissance verticale des flux sédimentaires est plus marquée au niveau du flanc externe des barres intertidales (2,13) qu’au niveau des bâches (1,75). Les figures (Fig. IV-14et Fig.
IV-15) illustrent également la différence de distribution en fonction des unités
morphologiques. Il apparaît nettement sur la figure (Fig. IV-14) que la répartition des profils de flux sédimentaires est moins étendue que pour ceux localisés sur les barres intertidales.
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La répartition verticale des sédiments est directement influencée par l’énergie et la turbulence mise en jeu dans le système. Or, l’énergie n’est pas homogène sur l’ensemble de la zone intertidale, la zone de swash, par exemple, est animée par une forte turbulence dans une faible tranche d’eau alors que les bâches sont beaucoup moins soumises au brassage de la colonne d’eau, ce qui entraine une distribution verticale des flux sédimentaires moins homogène (WAWANNGG, , 11999988). Contrairement à ce que WWAANNGG ((11999988)) ou TOTONNKK EETT MAMASSSSEELLIINNKK ((22000055)) ont observé, nos résultats montrent des décroissances moins marquées au niveau des bâches. Bien qu’elles puissent être soumises à des phénomènes de vidange intense (EE.G.G..SSIIPPKKAA EETT ANANTTHHOONNYY, , 11999988), l’agitation est réduite contrairement aux barres intertidales qui provoquent le déferlement des vagues. Déjà observé précédemment (Fig. IV-13), le transport longitudinal pendant les périodes de forte agitation (augmentation du Hs) induit un transport intense et essentiellement localisé à l’approche du fond.
Fig. IV-14 : Représentation de la distribution verticale des flux sédimentaires normalisés calculés en divisant chaque flux
avec le transport à l’approche du fond (z = 0,05 m) en fonction de leur localisation sur l’estran. Le profil rouge présente la distribution moyenne et l’aire grisée, la répartition des données.
Fig. IV-14 : Average normalized flux profile : 1) on the bars; 2) in the troughs; 3) on the upper beach; 4) on the lower beach; 5) both on the lower beach and in the troughs; 6) both on the upper beach and on the bars; 7)and for the whole data set. Red solid lines indicate the average flux profile and shaded areas represent data envelopes. Before averaging, sediment flux were normalized where x-axis is the sediment flux normalized by dividing the sediment transport rate at each streamer trap by the sediment flux nearest the bottom (z = 0.05 m); Y-axis is the elevation above the bed in meters of each streamer trap.
Lors de la campagne d’Hardelot 2009, caractérisée par des conditions de faible énergie, les flux sont non seulement moins importants mais plus homogènes dans la colonne d’eau alors que pendant des conditions plus énergétiques, comme lors de la campagne de Wissant 2010, les flux dans la colonne d’eau sont plus variables, essentiellement dû à un transport plus intense au niveau du fond. La figure (Fig. IV-16) illustre la différence entre deux mesures qui ont été réalisées sur une barre intertidale pendant des conditions de faible agitation à HA09 où la hauteur significative de la houle avoisinait les 0,20 m pour une vitesse de courant de
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0,18 m.s-1 , et lors d’agitations modérées lors de la campagne de WI10 (Hs = 0,40 m ; Vm = 0,12 m.s-1). La distribution des flux est totalement différente puisque l’on remarque bien un transport à l’approche du fond très intense pour WI10 par rapport au reste de la colonne d’eau induisant un coefficient de décroissance élevé (5,7).
Fig. IV-15 : Distributions et fréquences cumulées du coefficient de décroissance (α) et de détermination (R²) en fonction
de la morphologie de la zone intertidale.
Fig. IV-15 : Distributions (F%) and cumulative distributions (FC%) of the mixing coefficient (α) (A) and the determination coefficient (R²) (B) depending on the bar-trough morphology. (1) concerns all the data; (2) is for sediment transport measured on the bars and in the troughs (3); concerns data measured on the bars and on the upper beach; (5) concerns data measured in the troughs and on the lower beach; (6) is a comparison of the results presented on the graphs 4 and 5.
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En revanche, lors de la campagne de HA09, le transport est totalement uniforme dans la colonne d’eau (α = 0,68). Bien que les vitesses de courants longitudinaux entre les deux mesures soient du même ordre de grandeur, la houle est par ailleurs 2 fois plus élevée pour WI10. La mise en suspension des particules est essentiellement liée aux vagues et aux courants oscillatoires associés. Ainsi, il y a peu de mise en suspension dans le 1er cas (HA09) en raison d’une faible hauteur significative des vagues, dans le deuxième cas (WI10), l’augmentation de la hauteur de la houle induit une suspension plus efficace mais le sédiment reste difficilement en suspension car les vitesses de courants sont trop faibles.
Fig. IV-16 : Exemple de comparaison entre deux distributions de flux sédimentaire dans la colonne d’eau, lors de
conditions d’agitation calme (HA09) et modérée (WI10).
Fig. IV-16 : Example of comparisons between vertical longshore sediment flux profiles measured during low (HA09) and moderate wave energy conditions (WI10).
La figure (Fig. IV-20) montre également la différence de distribution du sédiment en fonction des conditions d’agitation et de la localisation sur l’estran. Il est net que la répartition verticale des flux est généralement plus variable (coefficient de décroissance α élevé) pendant les périodes les plus énergétiques puisque α est compris entre 1,7 et 2,9. Le transport de fond est particulièrement bien marqué au niveau des barres, et plus encore pendant de faibles conditions d’agitation à cause d'une faible concentration de sédiment en suspension. Pendant ces mêmes périodes, les flux sont plus homogènes dans la colonne d’eau en raison de conditions hydrodynamiques peu favorables à la mobilisation du sédiment. Toutefois, d’autres facteurs tels que le type de déferlement ou la rugosité du fond peuvent fortement influencer la distribution verticale du sédiment.
20.2.3. Différenciation de la distribution verticale des flux en fonction de la zone hydrodynamique
Les processus hydrodynamiques et sédimentaires, nous l’avons vu précédemment, sont radicalement différents dans la zone de levée par rapport à ceux qui agissent dans la zone de surf. A travers l’analyse des pourcentages (Cf.20.2.1), peu de différences ont pu être mise en évidence. En revanche, en utilisant le coefficient de décroissance (α), il apparaît que la distribution verticale du sédiment est plus uniforme dans la zone de surf que dans la zone de levée (Fig. IV-17). Les coefficients atteignent une valeur de 5 dans la zone de surf alors que
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dans la zone de levée, le maximum est de 6,4. De plus, 20% des coefficients sont supérieurs à 4 dans la zone de levée alors que cela concerne seulement 7% des mesures effectuées dans la zone de surf.
Fig. IV-17 : Distribution des coefficients de décroissance en fonction de la zone hydrodynamique où ZDS est la zone de
surf et ZDL, la zone de levée.
Fig. IV-17 : Range of mixing coefficient depending on the hydrodynamic zone where ZDS is the surf zone and ZDL is the shoaling zone.
Ces résultats n’illustrent pas le fait que le transport est essentiellement localisé à l’approche du fond uniquement dans la zone de levée puisque la majorité des flux est caractérisée par une décroissance du transport du fond vers la surface. Ils illustrent plutôt que la répartition est plus uniforme dans la zone de surf et que le transport à l’approche du fond est seulement favorisé dans la zone de levée.
Le transport et la mise en suspension dans la zone de levée sont générés par les contraintes de cisaillement liées aux mouvements oscillatoires de la houle agissant sur le fond. Cependant, ils ne sont pas assez efficaces pour maintenir les particules en suspension. D’ailleurs, AAAAGGAAAARRDD
E
ETT HUHUGGHHEESS ((22001100)) ont montré que les vitesses verticales dans la zone de levée, responsables de la diffusion des particules dans la colonne d’eau, sont 4 fois moins élevées que celles mesurés dans la zone de surf. La zone de surf est caractérisée par le déferlement des vagues, or il diffère selon la pente de la plage et les paramètres de la houle. Quelle est leur influence sur la mise en suspension des sédiments ?
20.2.4. Le rôle du déferlement dans la mise en suspension des particules sédimentaires.
De nombreuses études ont démontré une différenciation dans les processus de mobilisation du sédiment en fonction du type de déferlement. Bien que 90% des vagues enregistrées au cours de nos expérimentations soient de type glissant (Cf. Chapitre III), qu’en est-il de celles enregistrées au moment des piégeages ? A travers l’ensemble des flux mesurés à proximité des instruments hydrographiques et dans la zone de surf, 100% des vagues seraient de type glissant. La majorité des données présente un nombre d’Iribarren relativement faible (≈70% < 0,30) traduisant un déferlement glissant bien marqué. Avec l’augmentation du nombre d’Iribarren, le déferlement se rapproche théoriquement du type plongeant, responsable selon la littérature, d’une meilleure mobilisation du sédiment, ce qui devrait donc
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engendrer un transport sédimentaire plus intense. Or, la distribution des flux sédimentaires en fonction du nombre d’Iribarren ne montre pas de tendance particulière puisque les gammes de flux se situent essentiellement autour de 1 x 10-4 kg.s-1.m-1 pour l’ensemble des valeurs (Fig.
IV-18, A, B). Cela est notamment dû à la plus faible occurrence des déferlements proches du
type plongeant. On peut dénoter toutefois une plus forte proportion des flux supérieurs à 1 x 10-3 kg.s-1.m-1 pour un nombre d’Iribarren compris entre 0,3 et 0,4. Néanmoins, la proportion de flux plus intenses est plus importante pour un Iribarren plus faible. La relation entre le transport et le nombre d’Iribarren confirme également qu’il est difficile de relier statistiquement le transport intégré à la colonne d’eau avec le type de déferlement (Fig.