Ce travail de thèse est une étude multi-échelles de temps de la morphodynamique d'une île barrière soumise à des conditions de forçages paroxysmaux de mousson, de tempêtes tropicales et de typhons. Cette étude se concentre dans un premier temps, sur un large travail de terrain effectué dans le cadre du projet KUN-SHEN. Sept mois de mesures (de novembre 2011 à janvier 2012 et de mai à septembre 2012) ont permis l'acquisition d'un jeu de données inédit dans la littérature, exhaustif et de haute résolution temporelle et spatiale. Des mesures hydrodynamiques du large jusqu’à la zone de jet de rive ont été acquises en parallèle d'un suivi topographique de la plage émergée. Les mesures de vagues ont été acquises à partir d'une bouée au large, de deux houlographes-courantomètres en avant-côte (mesures en continu à 2 Hz) ainsi que de pressiomètres enfouis dans la plage sub-aérienne (mesures en continu à 5 Hz). Les levés topo-bathymétriques ont été réalisés au D-GPS (résolution centimétrique) une fois par semaine pendant la saison de mousson et juste après et avant chaque événements de tempêtes extrêmes pendant la saison des typhons. Le travail d'analyse cible ensuite la morphodynamique de la zone de jet de rive et de la plage émergée sur un panel d’échelles spatio-temporelles allant de l'instantanée à annuelle. A l’échelle instantanée, ce sont les variations d’élévation de la surface libre de l'eau et du lit sableux (quelques secondes) qui sont observées au cours de chacune des phases (montant, apex, tombant) de la tempête tropicale Talim (juin 2012, Hs = 10.34 m et Ts = 14.6 s). Pour le même événement de tempête, la réponse morphologique de toute la plage émergée est ensuite décrite et quantifiée dans le détail à l’échelle événementielle (quelques jours). Les bilans sédimentaires de chacune des saisons sont ensuite quantifiés dans le but de caractériser la dynamique saisonnière (quelques mois) à annuelle d'une barrière sableuse soumise à deux types de forçages extrêmes différents (mousson/typhons). L'impact sur le front de plage, des groupes de tempêtes faibles à modérées pendant l'hiver est ainsi comparé à l'impact des tempêtes extrêmes pendant l'été. On souligne finalement 1) l'importance d'un jeu de mesures in-situ de bonne qualité dans un travail d'analyse morphodynamique, 2) l'essentialité de l’emboîtement des échelles spatio-temporelle ainsi que 3) le rôle du profil morphologique héritée dans la réponse morphologique d'une plage émergée lorsqu'elle est soumise à des conditions de forçages de vent et de vague extrêmes. / This work focuses on a multi-scale analysis of a sand barrier morphodynamics exposed to paroxysmal forcings of monsoon, tropical storms, and typhoons. The study provided a large dataset of in-situ measures acquired in the framework of the KUNSHEN project. Seven months of field work (from November 2011 to January 2012 and from May to September 2012) provided a new, exhaustive and hight resolution measures. Measures of hydrodynamic conditions from offshore to the swash zone are acquired as well as high frequency topographic surveys of the emerged beach. Waves monitoring are from an offshore buoy, two current profilers in the shoreface (continuous measures at 2 Hz) and pressure sensors buried in the sub-aerial beach (continuous measures at 5 Hz). The topo-bathymetric surveys were acquired using D-GPS (centimetric resolution) one time a week during winter season of monsoon and just before and after each extreme storm during summer season of typhoons.Then, analysis focus in the morphodynamics of the swash zone and the emerged beach on a range of scales from instantaneous to one year. At the instantaneous scale, we analyze variations of the water surface fluctuation and sand bed elevation (seconds) during each phases (rising, apex and falling) of the Talim tropical storm (June 2012, Hs = 10.34 m and Ts = 14.6 s). Concerning the same storm, we characterize the morphologic changes of the whole emerged beach at the evenemential scale (days). Sand balances of each seasons are quantified in order to characterize the dynamics from seasonal scale (months) to annual scale of a sand barrier driven by two types of extreme forcings (monsoon/typhoons). On the beach-front, impact of groups of winter weak storms is compared to the impact of extremes tropical storms and typhoons. To conclude, we highlight 1) importance of in-situ measures in morphodynamic studies, 2) the major role of scales stacking and 3) the role of herited beach profile in the morphologic responses of the emerged beach driven by extremes forcings of wind and wave.

Le but de ce travail est tout d'abord de quantifier, à des échelles évènementielle et instantanée, les effets du swash sur l'évolution d'un escarpement de haut de plage formé dans une berme lors de conditions tempétueuses. Il aboutit à la détermination d'une formulation permettant de calculer et prévoir le volume érodé de la berme par l'érosion régulière de l'escarpement en fonction des forçages hydrodynamiques. Afin d'étudier au mieux ce phénomène, une berme artificielle, avec un front d'escarpement, a été reproduite sur la plage de Luc-sur-Mer. La zone d'étude a été instrumentée durant plusieurs marées dans des conditions d'agitation moyennes à fortes. Des données météorologiques, topographiques, hydrodynamiques et d'imagerie vidéo ont été acquises régulièrement au cours des deux expérimentations réalisées, afin de suivre les évolutions morphologiques de l'escarpement en parallèle des conditions hydrodynamiques. Ces mesures ont permis de mettre en avant l'importance des niveaux d'eau statique et dynamique, ainsi que l'incidence des vagues, sur l'évolution transversale et longitudinale de l'escarpement. La similitude entre les érosions des fronts de dune et les escarpements de haut de plage a permis de développer une nouvelle formule de calcul pour estimer les volumes érodés d'un escarpement dans la berme. Le calage de la formulation a été réalisé grâce à un calcul précis des runup, et à une acquisition très fine, au scanner laser terrestre, de l'évolution topographique, à pleine mer, du front d'escarpement expérimental, couplé à une analyse temporelle vidéo des impacts sur celui-ci lors d'une marée fortement érosive.

Cette thèse propose une modélisation numérique 2D des écoulements en zone de jet de rive avec un code Volume-Of-Fluid. Dans un premier temps, le détail de la structure interne de l’écoulement de jet de rive généré par l’effondrement d’un front d’onde turbulent sur une plage imperméable lisse est étudié. Le modèle numérique est ensuite étendu à la simulation des écoulements en milieu poreux internes à la plage. L’utilisation d’une unique équation de quantité de mouvement (VARANS) et de la méthode 1-fluide, permet de résoudre simultanément les écoulements de l’eau et de l’air à la surface et dans une plage perméable. Ce modèle a été confronté à une série de cas tests analytiques et à de récentes mesures expérimentales. Les résultats numériques montrent l’aptitude du modèle VOF-VARANS à reproduire les écoulements en zone de jet de rive sur une plage imperméable fixe. / A 2D numerical modeling of flows in the swash zone is proposed using a Volume-Of- Fluid code. The detailed flow structure of a bore-driven swash event over an impermeable beach is first studied. The numerical model is then developed to account for porous media flow within the beach. The unique VARANS momentum equation and 1-fluid method used allow to solve simultaneously both surface and subsurface flows of air and water phases in the swash zone. This model is validated against a series of analytical tests cases and confronted to recent experimental measurements. The numerical results highlight the ability of the VOF-VARANS model to reproduce swash flows over and within a permeable beach.