Modélisation de la morphodynamique des barres d’avant-plage par analyse de stabilité linéaire : application à la plage du Lido de Sète

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  Modélisation de la morphodynamique des barres d’avant-plage par analyse de stabilité : application à la plage du Lido de Sète Jérôme Thiébot  1 , Déborah Idier  1 , Albert Falqués  2 , Daniel Calvete 2 ,Raphaël Certain 3  et Roland Garnier 4 1 BRGM, Service Aménagement et Risques Naturels (ARN/ESL), 3 av. C. Guillemin, BP 6009, 45060 Orléans cedex 2 2 Universitad Politècnica de Catalunya (UPC), Barcelone, Espagne 3 Laboratoire d’Etudes des Géo-Environnements Marins (LEGEM), Perpignan 4 School of Civil Engineering, University of Nottingham, UK  j.thiebot@brgm.fr  , d.idier@brgm.fr  ,  falques@fa.upc.edu , calvete@fa.upc.edu , certain@univ-perp.fr  , roland.garnier@nottingham.ac.uk  Résumé : Le Nord-Est de la plage du Lido de Sète est caractérisé par la présence de deux  barres sédimentaires d’avant-côte. L’étude de la morphodynamique de la plage,  par observations in situ , a mis en évidence une relative stabilité de la barre externe et une variabilité plus importante de la barre interne. Dans la configuration la plus fréquente, les deux barres sont rectilignes et parallèles à la côte. Lors de tempêtes, la barre interne peut se segmenter et se réorienter pour faire face aux vagues incidentes. L’objectif de la présente étude est d’identifier les mécanismes à l’srcine de l’évolution de la barre interne. Une analyse de stabilité linéaire a été effectuée avec un modèle numérique de stabilité nommé MORFO60. Les simulations montrent que des instabilités morphodynamiques peuvent se développer le long de la barre interne à la suite de tempêtes qui génèrent des houles de Sud ou d’Est. Ces évolutions morphodynamiques calculées par le modèle sont conformes aux évolutions observées sur le site. Abstract: The beach of Sète contains two nearshore bars. Field measurements have shown that the outer bar is relatively stable. The behaviour of the inner bar is more complex. In the classic configuration, both bars are straight and parallel to the shoreline. After stormy conditions, the inner bar can be segmented and reoriented so that each segment becomes parallel to the crests of the incident waves. The aim of this paper is to investigate the mechanisms responsible for the evolution of the 179 Xèmes Journées Nationales Génie Côtier – Génie Civil, 14-16 octobre 2008, Sophia Antipolis    : .ngcgc..- spone en gne - ttp:www.paraa.r - avaae onne)  inner bar. A linear stability analysis has been performed with a model called MORFO60. Simulations have shown that morphodynamical instabilities can develop along the inner bar when stormy waves come from the South or the East. Calculated morphodynamical evolutions are in good agreement with in situ observations. Mots-clés : Lido de Sète – Morphodynamique – Analyse de stabilité – Barres d’avant-plage Vagues – Modélisation – Sédiment non-cohésif. 1 Introduction Les études du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) mettent en évidence la forte vulnérabilité des plages sableuses face aux changements climatiques (NICHOLLS et al. , 2007) et attirent l’attention sur les changements que pourraient connaître les plages à barres sableuses à l’avenir (ces  barres sableuses d’avant-côte conditionnent fortement la dissipation de l’énergie des vagues qui arrivent à la côte). Aussi, le présent article vise à mieux appréhender l’évolution de ce type de système, ainsi que la relation entre forçages hydrodynamiques (vagues) et comportement de la plage. Ce travail s’inscrit dans un projet (VULSACO), dont l’objectif est d’identifier des indicateurs de vulnérabilité physique de plages sableuses à court terme et à moyen terme (2030). De nombreux auteurs se sont intéressés au comportement des barres sableuses (WRIGHT & SHORT, 1984, SHORT, 1999, WIJNBERG & KROON, 2002 ou CASTELLE et al.  2007 par exemple). Deux types de barres peuvent être observés le long des plages : les barres rectilignes d’une part et les barres tridimensionnelles d’autre part. Les barres tridimensionnelles se caractérisent par la présence le long de celles-ci de figures sédimentaires plus ou moins  périodiques. Deux catégories de barres tridimensionnelles peuvent être distinguées : les systèmes avec chenaux de vidange qui se développent plutôt en haut de plage et les systèmes avec barres en croissants qui sont présents dans la zone subtidale et qui sont caractérisés par une forte rythmicité (SHORT, 1999). Les premières hypothèses émises pour expliquer la présence de figures sédimentaires périodiques le long des barres considéraient que l’apparition de celles-ci était liée à la présence d’ondes de coin stationnaires (BOWEN & INMAN, 1971). La théorie d’auto-organisation est aujourd’hui souvent évoquée  pour expliquer la présence de figures sédimentaires tridimensionnelles le long des  barres. Selon cette théorie, il existe des rétroactions entre l’hydrodynamique et la morphodynamique ( i.e . une évolution du fond entraîne une modification de l’hydrodynamique qui induit à son tour une modification du fond et ainsi de suite) 180 Dynamique sédimentaire et transport des particules  de telle sorte que des irrégularités du fond peuvent croître et générer les figures sédimentaires qui sont observées le long des barres. Les analyses de stabilité constituent un moyen efficace d’étudier les évolutions morphodynamiques induites par les mécanismes liés à l’auto-organisation des  plages. Elles consistent à étudier le comportement de perturbations introduites dans le « système plage » pour en déduire les figures sédimentaires (les instabilités morphodynamiques) qui sont susceptibles de se développer le long des  barres (voir Figure 1).  Figure 1 – Mécanisme de développement des instabilités morphodynamiques La plage du Lido de Sète a été retenue pour mener cette étude. Les campagnes de mesures bathymétriques réalisées sur le site mettent en évidence deux configurations possibles pour la plage. Soit la plage comporte deux barres rectilignes, soit elle comporte une barre externe rectiligne et une barre interne marquée par la présence de figures sédimentaires périodiques (CERTAIN, 2002). La problématique abordée dans cette étude peut se résumer par les deux questions suivantes : - La morphodynamique des barres de la plage de Sète est-elle gouvernée par le développement d’instabilités morphodynamiques ? - Si oui, quelles sont les conditions qui favorisent ce phénomène ? Pour répondre à ces questions, une analyse de stabilité linéaire est effectuée à l’aide du code de calcul MORFO60 (CALVETE et al. , 2005).La première partie du présent article porte sur la description du site d’étude. La seconde partie concerne la présentation de MORFO60. Dans la troisième partie, les résultats du modèle sont comparés avec les observations réalisées in situ . 2 Description du site d’étude Le site d’étude se trouve à proximité de Sète (voir figure 2). Il a bénéficié de  plusieurs campagnes de mesures bathymétriques et hydrodynamiques (CERTAIN, 2002, CERTAIN et al. , 2005) qui se sont déroulées en 1994, en 1999 et en 2000. Pendant ces campagnes, des relevés bathymétriques ont été effectués régulièrement sur une zone mesurant 500 m en longshore et environ 700 m en 181 Xèmes Journées Nationales Génie Côtier – Génie Civil, 14-16 octobre 2008, Sophia Antipolis  cross-shore. Parallèlement, des mesures de courant et de vagues ont été effectuées à l’aide de courantomètres électromagnétiques S4 équipés de capteurs de pression. La configuration classique de la plage est représentée sur la figure 3a. Les deux  barres d’avant-plage sont quasiment rectilignes et parallèles à la côte. Un profil de  plage associé à ce type de configuration est représenté sur la figure 3b. Sur ce  profil, on peut voir que le système interne (barre et fosse) mesure entre 50 et 150 m de large et que la crête de la barre interne est située à environ 2 m de  profondeur. Le système externe mesure 250 à 300 m de large. Classiquement, la crête de la barre externe se situe à 4 m de profondeur.  Figure 2 – Localisation du site d’étude (d’après CERTAIN et al., 2005).  Figure 3 – a) Bathymétrie du Lido de Sète le 1 er   novembre 2000 ; b) Profil de plage du  Lido de Sète (d’après CERTAIN, 2002). L’interprétation des relevés bathymétriques a montré que la barre externe est  plus stable que la barre interne. A la suite de tempêtes, la barre interne peut se segmenter. Chaque segment s’oriente alors pour faire face aux vagues incidentes. 182 Dynamique sédimentaire et transport des particules  Ce mécanisme a été observé à la suite de houles de Sud comme ce fut le cas en 1999 et à la suite de houle d’Est comme ce fut le cas en 1994 (voir figure 4).  Figure 4 – Bathymétrie de la plage du Lido de Sète. a) le 23 janvier 1999 b) le 8 novembre 1994 (d’après CERTAIN, 2002). Un mouvement cross-shore des barres a également été mis en évidence par CERTAIN (2002). Lors de certaines tempêtes, la barre externe migre vers le large et disparaît progressivement, la barre interne prend alors la place de la barre externe et une nouvelle barre se créé en se détachant du bord, elle prend alors la  place de la barre interne. Ce mécanisme, déjà observé par RUESSINK & KROON (1994), n’est pas abordé dans le cadre de cette étude. En effet, nous nous concentrons ici sur l’évolution longshore des barres. 3 Présentation de MORFO60 Le modèle utilisé pour étudier l’apparition d’instabilités morphodynamiques le long des barres se nomme MORFO60. Une description détaillée de ce modèle a été réalisée par CALVETE et al.  (2005). Les principales équations et hypothèses sont rappelées ci-dessous. L’apparition des instabilités se produit sur des échelles de temps longues (quelques heures ou quelques jours) comparativement aux phénomènes tels que la turbulence ou la vitesse orbitale des vagues. Pour simplifier le problème, ces  phénomènes sont « filtrés » en utilisant des moyennes temporelles par vague. Les 183 Xèmes Journées Nationales Génie Côtier – Génie Civil, 14-16 octobre 2008, Sophia Antipolis
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