Les vagues de surface générées par le vent, généralement appelées houle ou mer de vent, sont omniprésents à la surface de I'océan. Ils sont et ont des périodes variant entre 2 et 25 secondes et de longueur d'onde variant de quelques mètres à plusieurs centaines de mètres. Il existe aussi des ondes plus longues et, à plus basse fréquence appelés ondes infragravitaires (IG), qui sont associés aux vagues courtes, générées par le vent. Ces ondes ont des périodes dominantes comprise entre 30 secondes et 10 minutes et, quand ils se propagent librement, avec des longueurs d'ondes pouvant atteindre plusieurs dizaines de kilomètres. En dehors de la zone de surf, I'amplitude verticale de ces ondes infragravitaires est de I'ordre de 1 à 10 cm, tandis que I'amplitude des vagues courtes est de I'ordre de 1-10 m.Malgré leurs petites échelles d'amplitude, ces ondes infragravitaires peuvent avoir une importance non-négligeable dans certaines situations. Elles peuvent par exemple exciter des phénomènes de seiches dans les ports et mettre en résonance des structures en mer et des lames de glaces dansI'Arctique ou I'Antarctique. Le champ d'ondes infragravitaires constituera probablement aussi une fraction significative du signal mesuré par la future mission du satellite Surface Water Ocean Topography (SWOT). Ce champ d'onde infragravitaire devra être caractérisé pour atteindre la précision attendue sur les mesures de hauteur de mer dynamiques. Il est probable que la précision visée ci-dessus ne soit pas possible pour les forts états de mer avec de longues houles. L'un des objectifs de cette thèse était de fournir une première quantification de ces incertitudes associées.Au-delà de la mission SWOT, la quantification du champ d'ondes IG est un problème clé pour la compréhension de plusieurs autres phénomènes géophysiques tels que la compréhension des microséismes. / Wind-generated surface gravity waves are ubiquitous at the ocean surface. Their period varies between 2 and 25 seconds, with wavelength varying between a few meters to several hundreds of meters. Longer and, lower frequency surface gravity waves, called infragravity (IG) waves, are associated to these short, high frequency wind-generated waves. These infragravity waves have dominant periods comprised between 30 seconds and 10 minutes, and, when they propagate freely, with horizontal wavelengths of up to tens of kilometres, as given by the linear surface gravity wave dispersion relation. Outside of surf zones, the vertical amplitude of these infragravity waves is of the order of 1-10 cm, while the amplitude of wind-generated waves is of the order of 1-10 m.Given the length scales of the infragravity wavelengths, and despite the fact that the infragravity wave field exhibits much smaller vertical amplitudes than the high frequency wind-driven waves, the infragravity wave field will be a significant fraction the signal measured by the future Surface Water Ocean Topography satellite (SWOT) mission. This infragravity wave field will have to be characterized in order to achieve the expected precision on dynamic height measurements. It appears likely that the above mentioned precision will not be feasible for high sea states and long and steep swells. One of the aims of this thesis was to provide a first quantification of these associated uncertainties. Beyond the SWOT mission, the quantification of the IG wave field is a key problem for the understanding of several geophysical phenomena, such as the understanding of microseisms and ice shelves break up.

Cette thèse présente l’étude de la signature sédimentaire des submersions marines de tempête, dans le domaine rétrolittoral. Cette signature peut être extrêmement variable principalement en fonction des paramètres météo-océaniques menant à la submersion, de la morphologie de l’avant-côte et du domaine rétrolittoral et du disponible sédimentaire. Premièrement, l’étude de dépôts de washover mis en place lors de l’hiver 2013-2014, au sud de l’île d’Oléron, particulièrement énergétique en terme de climat de vagues, via une approche couplant processus hydrodynamiques et sédimentologie, a permis (1) de mettre en évidence l’importance des ondes infragravitaires, sur une côte dissipative à caractère macrotidal, dans le déclenchement de l’overwash de la barrière et la mise en place de washovers ; et de (2) proposer un nouveau modèle de faciès des dépôts de washover mis en place par des ondes infragravitaires combinées à la marée haute. Deuxièmement, la caractérisation de la signature sédimentaire des submersions marines en domaine rétrolittoral plus distal a montré que dans le contexte morphologique des marais de Charente-Maritime, les apports extrêmement faibles de sédiments en provenance du domaine continental, entre deux évènements de submersion marine, empêche la distinction des différents niveaux de submersion. Cependant cette étude a permis de valider des proxies tels que la microfaune ou l’isotopie de la matière organique pour l’identification de niveaux de submersion marine, permettant en partie de pallier aux limites inhérentes à l’anomalie granulométrique généralement utilisée. Cette étude a aussi permis la mise en évidence d’une variabilité dans la signature sédimentaire des submersions marines entre deux marais géomorphologiquement contrastés et plus ou moins exposés aux houles en provenance de l’océan. / This thesis presents the study of the sedimentary signature of marine submersions triggered by storms, in the back barrier area. This signature can be extremely variable mainly according to the meteo-oceanic parameters leading to the submersion of the back barrier area, the morphology of the nearshore, shore and back barrier area, and sediment availability. Firstly, the study of washover deposits emplaced during the winter of 2013-2014 on the southern end of the Oléron Island, characterized by an exceptional wave climate, via a coupled hydrodynamical and sedimentological approach, allowed us to (1) highlight the importance of infragravity waves, on macrotidal and dissipative coasts, in triggering the overwash and emplace washover deposits ; and (2) to suggest a new facies model of washover deposits emplaced by infragravity waves combined to high tides. Secondly, the characterization of the sedimentary signature of marine submersions in the distal part of the back barrier area showed that in the morphological context of the Charente-Maritime coastal marshes, the extremely limited amounts of sediments in provenance from the continent, between two submersion events, prevent the distinction of the different marine submersion sedimentary layers. Nevertheless, this study allowed validating new proxies as microfauna and organic matter isotopy for the identification of marine submersion sedimentary signature, allowing to work independently of the granulometric anomaly proxy and its known limits. This study also allowed evidencing the variability in the sedimentary signature of marine submersions in geomorphologically contrasted marshes and that this variability was linked to the ocean waves exposure.

Les non-linéarités des ondes de surface, qui se caractérisent par leur aspect dissymétrique, sont reconnues comme l'un des principaux moteurs du transport de sédiments en zone littorale. Cependant, l'estimation du transport reste imparfaite, en partie du fait d’une description inexacte des non-linéarités de la vitesse de l'écoulement orbital. Les ondes infra-gravitaires, qui coexistent avec les ondes courtes en zone littorale, sont des ondes de longue période (20-200 s) associés aux groupes d'ondes courtes. Les mécanismes de génération, propagation et dissipation de ces ondes sont maintenant relativement bien compris, mais leur effet sur le transport sédimentaire est encore mal connu. Afin (i) d’améliorer les paramétrisations existantes des non-linéarités de vitesse et (ii) d’étudier le rôle des ondes infra-gravitaires dans le transport sédimentaire, de nouvelles expériences ont été réalisées dans deux canaux à houle, l’un avec un fond fixe et l'autre avec un fond mobile constitué de sédiments de faible densité. Les données obtenues avec ces modèles physiques ont été utilisés conjointement à des données de terrain et des simulations numériques pour étudier les deux sujets.}TEXT{}{Les paramétrisations classiques pour les non-linéarités de vitesse prennent seulement en compte l'influence de paramètres locaux (la hauteur de vague, la longueur d'onde et la profondeur d’eau), ce qui entraîne des erreurs importantes dans les estimations, en particulier les valeurs maximales de non-linéarité. Ce travail montre que les non-linéarités de vitesse ont aussi une dépendance avec des paramètres qui ne sont pas locaux: (i) la cambrure de vague et (ii) la largeur de la bande spectrale au large, ainsi que (iii) la pente de la plage. Une nouvelle paramétrisation est proposée, qui réduit d’environ 50% l'erreur sur les résultats obtenus avec les paramétrisations existantes. Les résultats expérimentaux obtenus dans le canal à houle avec un fond mobile montrent que des conditions de vagues avec la même énergie d'ondes courtes, mais avec une modulation basse fréquence différente, modèlent des profils de plage différents. L'influence des ondes infra-gravitaires sur le transport sédimentaire est mis en évidence par deux mécanismes distincts: (i) l’advection par les ondes infra-gravitaires de sédiment mis en suspension par l'action des ondes courtes, qui dépend de la hauteur des ondes infra-gravitaires et de leur phase par rapport aux groupes d'ondes courtes et (ii) les ondes infra-gravitaires modifient les non-linéarités des ondes courtes, que ce soit directement ou indirectement, par modulation de la hauteur de la colonne d'eau. Les variations morphologiques du haut de plage induites par les ondes infra-gravitaires sont associées à des changements du profil de la plage dans les zones de déferlement et de levée, en mettant en évidence le lien entre les différentes régions du profil transversal de la plage. / Wave nonlinearities have long been recognised as being among the main drivers of sediment transport in the coastal zone. However, there are still significant errors in the prediction of this transport associated, partially due to inaccurate predictions of the velocity nonlinearities. The infragravity waves, which coexist with the short waves in the coastal zone, are long-period waves (with 20-200 s) associated to the short-wave groups. Their generation, propagation and dissipation mechanisms are already reasonably well understood, but their influence on sediment transport is still very poorly characterised. In order to (i) improve current predictions of velocity nonlinearities and (ii) investigate the role of infragravity waves in sediment transport, new experiments were carried out both in a fixed-bed wave flume and in a light-weight-sediment wave flume. The physical-modelling data set is used in combination with field data and numerical simulations for studying both subjects. Existing parameterizations of velocity nonlinearities account only for the influence of local wave parameters (e.g. wave height, wave length and water depth), which leads to considerable estimation errors, especially of the maximal values of nonlinearity. This work shows that the velocity nonlinearities depend also on non-local wave parameters: (i) offshore wave steepness, (ii) offshore spectral bandwidth and (iii) beach slope. A new parameterization is proposed, which reduces by about 50% the root-mean-square error relatively to former parameterizations. The experimental results in the light-weight-sediment wave flume demonstrate that wave conditions with the same short-wave energy, but different low-frequency modulation, shape different equilibrium beach profiles. The influence of the infragravity waves on the sediment transport is confirmed and depends on two different mechanisms: (i) advection of the short-wave suspended sediment by the infragravity-waves, which is dependent on the infragravity-wave height and phasing with the short-wave groups and (ii) modulation of short-wave nonlinearities by infragravity-wave motion, both directly and indirectly, through water-depth modulation. Changes in the beachface morphology induced by infragravity waves are connected to beach-profile changes in the surf and inner-shoaling zones, highlighting the existent link between the different zones of the cross-shore beach profile.