Les récentes paramétrisations utilisées dans les modèles spectraux de vagues offrent des résultats intéressants en termes de prévision et rejeux des états de mer. Cependant, de nombreux phénomènes physiques présents dans ces modèles sont encore mal compris et donc mal modélisés, notamment le terme de dissipation lié au déferlement des vagues.Le travail présenté dans cette thèse vise dans un premier temps à analyser et critiquer les paramétrisations existantes de la dissipation, au travers de la modélisation explicite des propriétés du déferlement sous-jacentes. Du constat de l’échec de ces paramétrisations à reproduire les observations in situ et satellite du déferlement, une nouvelle méthode d’observation et d’analyse des déferlements est proposée à l’aide de systèmes de stéréo vidéo. Cette méthode permet l’observation des déferlements sur des surfaces de mer reconstruites à haute résolution par stéréo triangulation. Ainsi, une méthode complète de reconstruction des surfaces de mer en présence de vagues déferlantes est proposée et validée. La détection des vagues déferlantes sur les images et leur reprojection sur les surfaces reconstruites est également discutée. Bien que peu d’acquisitions soient disponibles, les différents paramètres observables grâce à l’utilisation de la stéréo vidéo sont mis en avant. Ce travail montre l’intérêt des systèmes vidéo stéréo pour une meilleure observation et compréhension du déferlement des vagues, pour le développement des paramétrisations de la dissipation dans les modèles spectraux de vague. / The recent parameterizations used in spectral wave models provide today interesting results in terms of forecast and hindcast of the sea states. Nevertheless, many physical phenomena present in these models are still poorly understood and therefore poorly modeled, in particular the dissipation source term due to breaking. First, the work presented in this thesis is aimed at analyzing and criticizing the existing parameterizations of the dissipation through the explicit modeling of the underlying properties of breaking. The finding of the failure of these parameterizations to reproduce the in situ and satellite observations, a new method for the observation and the analysis of breaking is proposed using stereo video systems . This method allows the observation of breaking waves on the high-resolution stereo-reconstructed sea surfaces. Therefore, a complete method for reconstruction of the sea surfaces in the presence of breaking waves is proposed and validated.The detection of breaking waves on the images and their reprojection on reconstructed surface is also discussed. Although too few acquisitions are available to draw firm results, an overview of the various observable parameters through the use of stereo video is given.This work shows the importance of stereo video systems to a better observation and understanding of the breaking waves, required in order to improve dissipation source term in spectral wave models.

Cette thèse présente une simulation, en canal à houle, des processus naturels hydrodynamiques etde transport sédimentaire de la zone de déferlement bathymétrique. L’analyse spatio-temporelle dela structure moyenne et instantanée de l’écoulement repose sur un jeu de mesures hauterésolutions.On effectue une étude des processus de couche limite et de l’impact des processus desurface libre sur le fond sédimentaire.Un profil de plage en forme de terrasse est engendré par le déferlement de séries de vagues irrégulières(JONSWAP) sur un fond mobile constitué de sédiments de faible densité (_ _ 1.19). Dans cesconditions, la mesure acoustique (ADVP) de profils de vitesse, de concentration et de flux de sédimentsest synchronisée à des séquences d’images vidéo et à des mesures de hauteurs de vagues.Une analyse de l’évolution des quantités moyennes hydrodynamiques et de transport solide est réaliséedans la zone de déferlement. Une analyse à l’échelle intra-vague aborde la structure del’écoulement sous le déferlement de vagues irrégulières. Enfin, on s’attache à une comparaison de lacontrainte au fond sous une vague déferlée calculée par des modèles physiques, à celle obtenue parmesures directes. / This thesis presents a wave channel simulation of the hydrodynamic and sediment transportprocesses in the wave breaking region. The spatio-temporal analysis of the mean and instantaneousflow structure relies on a full set of high resolution data. The study focuses on processes related tothe wave boundary layer and to the impact of surface breaking on the mobile bed.A terraced beach profile is generated by the breaking of irregular wave sequences (JONSWAP) on amobile bed constituted of low density sediments (_ _ 1.19). In these conditions, the acoustic measurementof velocity profiles, concentration profiles and sediment flux profiles are synchronised withsequences of video images and wave heights. An analysis of the evolution of mean hydrodynamicand sediment transport quantities is undertaken across the entire wave breaking zone. An intra-waveanalysis on the flow structure below irregular breaking waves is carried out. Finally, bed shear stressbelow a breaking wave predicted by different physical models and direct measurements, are comparedand discussed.

Over the last decades, there has been considerable attention in the accurate mathematical modeling and numerical simulations of free surface wave propagation in near-shore environments. A physical correct description of the large scale phenomena, which take place in the shallow water region, must account for strong nonlinear and dispersive effects, along with the interaction with complex topographies. First, a study on the behavior in nonlinear regime of different Boussinesq-type models is proposed, showing the advantage of using fully-nonlinear models with respect to weakly-nonlinear and weakly dispersive models (commonly employed). Secondly, a new flexible strategy for solving the fully-nonlinear and weakly-dispersive Green-Naghdi equations is presented, which allows to enhance an existing shallow water code by simply adding an algebraic term to the momentum balance and is particularly adapted for the use of hybrid techniques for wave breaking. Moreover, the first discretization of the Green-Naghdi equations on unstructured meshes is proposed via hybrid finite volume/ finite element schemes. Finally, the models and the methods developed in the thesis are deployed to study the physical problem of bore formation in convergent alluvial estuary, providing the first characterization of natural estuaries in terms of bore inception. / Ces dernières décennies, une attention particulière a été portée sur la modélisation mathématique et la simulation numérique de la propagation de vagues en environnements côtiers. Une description physiquement correcte des phénomènes à grande échelle, qui apparaissent dans les régions d'eau peu profonde, doit prendre en compte de forts effets non-linéaires et dispersifs, ainsi que l'interaction avec des bathymétries complexes. Dans un premier temps, une étude du comportement en régime non linéaire de différents modèles de type Boussinesq est proposée, démontrant l'avantage d'utiliser des modèles fortement non-linéaires par rapport à des modèles faiblement non-linéaires et faiblement dispersifs (couramment utilisés). Ensuite, une nouvelle approche flexible pour résoudre les équations fortement non-linéaires et faiblement dispersives de Green-Naghdi est présentée. Cette stratégie permet d'améliorer un code "shallow water" existant par le simple ajout d'un terme algébrique dans l'équation du moment et est particulièrement adapté à l'utilisation de techniques hybrides pour le déferlement des vagues. De plus, la première discrétisation des équations de Green-Naghdi sur maillage non structuré est proposée via des schémas hybrides Volume Fini/Élément Fini. Finalement, les modèles et méthodes développés dans la thèse sont appliqués à l'étude du problème physique de la formation du mascaret dans des estuaires convergents et alluviaux. Cela a amené à la première caractérisation d'estuaire naturel en terme d'apparition de mascaret.