Ce travail de thèse apporte des éléments en vue d’une meilleure compréhension de la circulation et des processus de dispersion associés aux vagues à proximité des plages. Un outil de modélisation numérique opérationnelle a été développé, fondé sur le modèle spectral d’état de mer WAVEWATCH III R et le modèle hydrodynamique 3-D MOHID Water. Le code MOHID a été étendu à l’approche glm2z pour la représentation des interactions 3-D vagues-courant. Les développements théoriques permettant l’obtention des équations glm2z sont rassemblés et détaillés dans ce travail. L’implémentation de ces équations au sein de l’outil de modélisation est exposée. L’outil construit est validé sur deux cas académiques, où est mise en évidence sa capacité à reproduire la solution fournie par des modèles numériques de référence. Par la suite, la modélisation est combinée à des observations in situ pour étudier deux sites de la côte Sud Atlantique française. Ces sites correspondent à des configurations littorales complexes, associant une influence significative des vagues et une stratification haline notable de la colonne d’eau. La confrontation des résultats du calcul 3-D aux mesures fournit des résultats encourageants et apporte des éléments utiles pour la compréhension de la variabilité des courants et des profils de salinité observés. Une baie estuarienne semi-fermée est tout d’abord étudiée. La modélisation y suggère un effet significatif des vagues sur la dispersion des panaches estuariens, susceptible d’impacter la vidange globale de la baie à l’échelle d’un épisode de précipitations. Le second site d’application permet l’étude de la circulation intense induite par les vagues au-dessus d’un système barre/chenal, ainsi que la dispersion des eaux douces introduites par une rivière dans la zone de déferlement. Ce travail fournit finalement un outil de modélisation 3-D pour l’étude de la circulation et du transport sous l’effet de l’ensemble des forçages littoraux. / This work aimed at providing a better understanding of nearshore circulation and dispersion processes under the effect of waves. An operational numerical modeling tool was developed, based on the spectral wave model WAVEWATCH III R and the 3-D hydrodynamical model MOHID Water. The MOHID implementation was extended to the glm2z approach for 3-D wave-current interactions. Theoretical developments leading to glm2z equations are gathered and detailed in the present work. The numerical implementation of glm2z equations is described. The model is validated in academic cases, in which the obtained solution is shown to be consistent with that provided by reference numerical models. Both numerical modeling and in situ measurements are then used to study two nearshore environments, located on the French South Atlantic coast. These complex areas combine a significant effect of waves on dynamics and remarkable salinity stratification. Comparison of 3-D model results with field data are encouraging and offers interesting insights for current and salinity profile variability. Dynamics of a semi-enclosed estuarine bay is first studied. Modeling results suggest that waves may have a significant impact on river plumes, leading to a reduction of the global bay flushing during a raining event. The second study site allows the investigation of the intense circulation generated by waves over a ridge and runnel system, and the dispersion of reshwaters introduced in the surfzone by a small river. Finally, this work provides a 3-D numerical modeling tool for the study of the circulation and related transports under the effects of nearshore forcings.

Ostie et Portus sont deux villes portuaires emblématiques de la façade littorale de la Rome antique. Construites au contact du Tibre et de la mer Tyrrhénienne, elles se situent dans des milieux géomorphologiquement très instables (mobilité du fleuve et du trait de côte). Nous nous proposons dans cette étude de reconstituer les dynamiques hydrosédimentaires du Tibre deltaïque à l’époque romaine (principalement aux Ier s. av. – Ier s. ap. J.-C.) et d’en identifier les conséquences sur le système Ostie-Portus. Pour mener à bien ce travail, nous nous appuyons sur des données sédimentaires issues de carottages réalisés dans le paléoméandre d’Ostie et les canaux de Portus. Ces résultats sont ensuite confrontés aux données archéologiques et historiques. Le croisement des données sédimentaires, archéologiques et textuelles permet d’envisager une crise hydrosédimentaire d’origine anthropoclimatique dans le bassin versant du Tibre s’étalant de la seconde partie du Ier s. av. J.-C. au début du Ier s. ap. J.-C. A Ostie, cette crise s’exprime par : (1) une accumulation de sédiments à l’embouchure du Tibre qui conduit au comblement du port fluvial d’Ostie ; (2) plusieurs inondations importantes (parfois torrentielles – cf. Rome) ; et (3) peut-être une hausse des niveaux phréatiques. A cela s’ajoute, avant ou pendant cette crise, une forte variabilité latérale de l’embouchure et du paléoméandre d’Ostie, qui a pu affecter le développement d’Ostie. Contraint par une forte pression démographique à Rome et par le contexte socio-économique, Claude fonde Portus au milieu du Ier s. ap. J.-C. Cette ville portuaire maritime est conçue dans l’idée de pallier les insuffisances du port d’Ostie : (1) les capacités d’accueil du port sont considérablement accrues (bassin de 200 ha) ; (2) le site d’implantation est choisi 3 km au nord de l’embouchure du Tibre pour échapper aux contraintes hydrosédimentaires qui se posaient à Ostie. Pour des raisons logistiques (transport des marchandises vers Rome), la planification de Portus est accompagnée d’un système de canaux relié au Tibre. Les ingénieurs romains prennent cependant soin de dissocier le système des canaux de celui des bassins portuaires (gestion de la charge solide) et certains de ces canaux sont envisagés comme évacuateurs de crue (gestion des inondations). Les études sédimentaires menées permettent de décrire les modalités de fonctionnement et de comblement de certains de ces canaux (Canale Traverso, Canale Romano). Ce travail est complété par une réflexion méthodologique sur le diagramme de Passega et une modélisation de l’évolution holocène de la partie nord du delta du Tibre à partir de l’analyse de carottes. / Ostia and Portus are two important harbour cities located on theThyrrenian coast, near the ancient Rome. This location corresponds to a fastly changing landscape (river and coastline mobility). The aim of this study is to reconstruct the Tiber hydrosedimentary dynamics in its delta plain during Ancient times (mainly in the 1st c. BC - 1st c. AD) and to identify their impact on the system Ostia-Portus. To complete this work, we analyse sedimentary cores drilled in the palaeomeander of Ostia and the canals of Portus. These results are compared to the archaeological and historical data. Crossing sedimentary, archaeological and textual data allows to consider hydrosedimentary anthropoclimatic crisis in the Tiber River watershed, during the period between the second part of the Ist century BC and the beginning of the Ist century AD. This crisis is expressed in Ostia, by: (1) a sediment accumulation at the mouth of the Tiber River, leading to the filling of the river mouth harbour of Ostia; (2) several major floods (at Rome - sometimes torrential floods); and (3) perhaps an increase of the groundwater levels. During this hydrosedimentological crisis or before, a strong lateral mobility of the Tiber mouth and the palaeomeander of Ostia probably affect the development of the city. Obliged by a strong demographic pressure in Rome and by the socio-economical context, Claude built Portus in the middle of the 1st century AD. Portus is planned with the idea to overcome the shortcomings of Ostia’s harbour: (1) by an increased harbour basin area (200 ha), and (2) by its establishment, 3 km north of the Tiber mouth, to avoid the main hydrosedimentary constraints. For logistical reasons (goods transport to Rome), Portus includes a fluvial canal system, connected to the Tiber River. However, Roman engineers take care to separate the canal system and the harbour basins (sediment load) and some of these canals are considered floodways (flood management). Sedimentary analysis characterise the canal functioning and filling (Canale Traverso, Canale Romano). This work is complemented by a methodological reflection on the Passega diagram and by a modeling of the Holocene evolution of the Tiber delta’s northern part , based onthe analysis of core samples.

Ce travail de thèse apporte des éléments en vue d'une meilleure compréhension de la circulation et des processus de dispersion associés aux vagues à proximité des plages. Un outil de modélisation numérique opérationnelle a été développé, fondé sur le modèle spectral d'état de mer WAVEWATCH III et le modèle hydrodynamique 3-D MOHID Water. Le code MOHID a été étendu à l'approche glm2z pour la représentation des interactions 3-D vagues-courant. Les développements théoriques permettant l'obtention des équations glm2z sont rassemblés et détaillés dans ce travail. L'implémentation de ces équations au sein de l'outil de modélisation est exposée. L'outil construit est validé sur deux cas académiques, où est mise en évidence sa capacité à reproduire la solution fournie par des modèles numériques de référence. Par la suite, la modélisation est combinée à des observations in situ pour étudier deux sites de la côte Sud Atlantique française. Ces sites correspondent à des configurations littorales complexes, associant une influence significative des vagues et une stratification haline notable de la colonne d'eau. La confrontation des résultats du calcul 3-D aux mesures fournit des résultats encourageants et apporte des éléments utiles pour la compréhension de la variabilité des courants et des profils de salinité observés. Une baie estuarienne semi-fermée est tout d'abord étudiée. La modélisation y suggère un effet significatif des vagues sur la dispersion des panaches estuariens, susceptible d'impacter la vidange globale de la baie à l'échelle d'un épisode de précipitations. Le second site d'application permet l'étude de la circulation intense induite par les vagues au-dessus d'un système barre/chenal, ainsi que la dispersion des eaux douces introduites par une rivière dans la zone de déferlement. Ce travail fournit finalement un outil de modélisation 3-D pour l'étude de la circulation et du transport sous l'effet de l'ensemble des forçages littoraux.