Ces travaux constituent la première étude fondamentale traitant de l'influence des forçages hydrodynamiques sur l'évolution morpho-sédimentaire des plages sableuses du littoral de la mer d'Iroise. Ils s'insèrent dans la démarche de l'Observatoire du Domaine Côtier (Observatoire des Sciences de l'Univers) qui supporte l'observation de la variabilité biologique, chimique et physique de ce littoral à long terme. Dans cette perspective, quatre sites ont été choisis pour illustrer la pluralité des morphologies et des conditions hydrodynamiques dans ce contexte macrotidal soumis à l'agitation des houles océaniques. La diversité des échelles spatiales et temporelles impliquées dans le fonctionnement hydro-sédimentaire des plages a nécessité la mise en œuvre de méthodes d'observation in situ adaptées : un suivi topométrique des plages à l'échelle pluri-annuelle et des campagnes ponctuelles de mesures hydrodynamiques et morphologiques à haute fréquence.<br /><br />Par l'analyse statistique et volumétrique des séries de profils topographiques, la variabilité morpho-sédimentaire en zone intertidale et la dynamique des corps et figures sableuses est décrite à l'échelle événementielle, saisonnière et pluri-annuelle. Les résultats mettent en évidence une tendance actuelle au recul/progradation du profil sur les plages dominées par une dynamique transversale et à l'inverse, une relative stabilité sur les plages dominées par une dynamique longitudinale. Toutefois, l'observation d'une fermeture du profil autour de - 3 m C.M. associée à des bilans sédimentaires non nuls (neuf mois de suivi sur un site test) soulèvent la question de l'influence du transport longitudinal dans la disponibilité sédimentaire de certaines plages à l'échelle pluri-annuelle.<br /><br />A une échelle de temps plus courte (du cycle de marée à la semaine), les campagnes de mesures intensives ont permis de caractériser l'agitation en zone intertidale lors de conditions d'énergie variables et d'analyser l'influence de la marée sur la variabilité spatio-temporelle des processus hydrodynamiques. En effet, la transformation des vagues dans les petits fonds est à la fois impliquée dans la spatialisation des courants induits par les vagues (et donc dans l'orientation du transport sédimentaire) et dans la formation des corps sédimentaires (barres de swash, systèmes de croissants de plage) par la génération d'ondes secondaires.

Cette étude permet une approche de la gestion et de la protection du milieu marin de la mer d'Iroise à partir des connaissances biologiques et écologiques acquises pour l'ensemble de la zone. Ce travail s'insère dans les préoccupations nationales et internationales de conservation de la biodiversité par l'acquisition et la synthèse de connaissances scientifiques et leur restitution aux autres acteurs de la conservation. La richesse biologique de cette région marine est attestée par la présence d'espèces-phares mais le milieu benthique restait largement méconnu. Cette étude apporte des données qui complètent les connaissances sur la sédimentologie des fonds de l'Iroise et permettent d'en préciser la couverture sédimentaire et la variabilité spatiale et saisonnière. Une large gamme de types sédimentaires est représentée, avec une importance originale pour les cailloutis et les graviers et l'organisation des sédiments en couches superposées, induisant une complexité d'habitats ; de plus, la variabilité spatiale masque la variabilité saisonnière. L'étude de la faune benthique des fonds meubles permet de définir les habitats et les communautés du milieu marin de l'Iroise, avec six grandes unités de peuplement comportant chacune plusieurs faciès, dont certains à grande valeur écologique et patrimoniale. L'importance de la zone frontale du large et son influence sur les communautés benthiques sont mises en évidence. Une analyse de l'utilisation de l'espace et des ressources en mer d'Iroise est proposée, ainsi qu'un bilan concernant la biodiversité et l'état actuel des réflexions internationales sur les aires marines protégées. La synthèse finale dégage les enjeux des habitats et des peuplements de l'Iroise puis les pressions anthropiques potentielles à court et moyen termes. Les priorités et les solutions pour la conservation de ce milieu marin sont discutées et un plan de zonage multi-usages est proposé dans le cadre du futur Parc National Marin de la mer d'Iroise.

En dépit d’un développement opérationnel actuel seulement émergeant le long des côtes françaises, l’extraction de l’énergie cinétique des courants de marée par les hydroliennes apparaît, dès à présent, comme une solution prometteuse pour contribuer, localement, à la transition énergétique de territoires insulaires déconnectés du réseau électrique continental, ayant des besoins électriques limités, et situés dans des espaces naturels sensibles et/ou touristiques intégrant un patrimoine visuel à préserver. Ce travail de thèse se consacre à la modélisation numérique tridimensionnelle des impacts hydrodynamiques et sédimentaires d’hydroliennes d’axe horizontal déployées dans le site pilote d’implantation de fermes hydroliennes du Passage du Fromveur, au cœur du parc naturel marin d’Iroise, à la pointe Bretagne. Les simulations numériques se basent sur le modèle océanographique ROMS (« Regional Ocean Modelling System ») modifié pour intégrer un sous-modèle théorique de disque actuateur assimilant l’hydrolienne à un disque poreux opposant à l’écoulement une force équivalente à la poussée de la turbine. La méthode est validée avec des mesures effectuées en laboratoire dans le sillage d’un disque poreux de 10 cm de diamètre (D) immergé dans un courant permanent. Une résolution spatiale minimale égale à D/10 est nécessaire pour reproduire les observations. Après une étude de convergence numérique à échelle réelle, le modèle ROMS est appliqué, selon une approche gigogne de maillages imbriqués focalisée sur le Passage du Fromveur, pour examiner les interactions des sillages et les effets cumulés au sein d’un parc de huit turbines de 10 m de diamètre susceptible de satisfaire au besoin énergétique de l’île d’Ouessant. L’agencement des turbines suit les recommandations communément adoptées avec une disposition en quinconce et des espacements longitudinaux de 10D et latéraux de 5D. En condition de vive-eau moyenne, le désalignement du courant au pic de flot exacerbe les interactions entre sillages, réduisant la production énergétique du parc de près de 15 % par rapport à celle du pic de jusant. Ce déficit de production énergétique est limité à 2 % en ramenant l’espacement latéral des turbines à 3D. Les prédictions de ROMS sont enfin exploitées pour appréhender l’influence de cette dernière configuration de parc sur la dynamique sédimentaire locale. Les principaux effets attendus concernent (i) le dépôt de sédiments de plus de 2 mm de diamètre dans le sillage des dispositifs et (ii) la mise en mouvement de cailloutis de 5 cm de diamètre entre les sillages. / In spite of a present only emerging operational development along the coast of France, the extraction of the kinetic energy of tidal currents by turbines appears as a promising solution to contribute locally to the energetic transition of insulary territories that are not connected to the continental electricity grid, with limited power needs, and are located in protected and touristic natural areas with a visual heritage to preserve. This doctoral thesis was devoted to the three-dimensional numerical modelling of the hydrodynamic and sedimentary impacts induced by horizontal-axis turbines deployed within the pilot site of the Fromveur Strait, in the natural marine Iroise park, off western Brittany. Numerical simulations are performed with the oceanographic model ROMS (Regional Ocean Modelling System) modified to integrate a theoretical actuator-disk sub-model that assimilates the device to a porous disc opposing the flow with a force equal to the turbine’s thrust. This method was assessed against laboratory measurements within the wake of a porous disc with a diameter (D) of 0.1 m immersed in a permanent flow. A spatial resolution as small as D/10 was required to reproduce observations. After a numerical convergence study at full scale, ROMS was applied, using a nested grid approach targetted towards the Fromveur Strait, to examine wake interactions and cumulative effects within an array of height turbines of 10-m-diameter expected to fulfill the energy need of the island of Ushant. The array layout followed the commonly recommended staggered configuration with respective longitudinal and lateral spacings of 10D and 5D. During spring tidal conditions, the misalignment of the peak flood flow enhanced the wake interactions, reducing by about 15% the array power production in comparison with the peak ebb flow. This lack of power production capacity was lowered to 2% by reducing the lateral spacing to 3D. ROMS predictions were finally exploited to address the influence of this last array of turbines on the local sediment dynamics. Main effects were expected on (i) the deposition of sediments with diameter over 2 mm within the turbine wakes and (ii) the setting in motion of gravels with a diameter of 5 cm between the wakes.

Cette thèse s'insère dans un cadre de modélisation réaliste pour l'étude de la mer d'Iroise. Les deux premières parties concernent la mise en œuvre numérique et la validation par rapport aux observations. L'accent est ensuite mis sur l'analyse des principales structures et processus physiques à l'œuvre en mer l'Iroise : d'abord le front de marée d'Ouessant et les processus associés de connexion de couches de mélange de surface et de fond puis la circulation résiduelle eulérienne moyenne pour laquelle nous avons cherché à quantifier la part relative des différents processus la régissant. Nous avons ensuite cartographié les différents régimes dynamiques présents : on observe ainsi des régimes cyclostrophiques autour des îles et en zone peu profonde et un régime géostrophique apparaît nettement au niveau du front, en particulier en été. Néanmoins, dans la plus grande partie du domaine d'étude, les différents termes dynamiques interviennent de manière équivalente. Du point de vue thermique, l'analyse du bilan de chaleur indique que les flux air-mer dominent nettement les flux advectifs bien qu'ils induisent une modulation haute fréquence marquée du gain net de chaleur. Ensuite, un paramètre diagnostic du front a ensuite été établi et le rôle de différents forçages externes (flux de chaleur air/mer, tension de vent, cycle de marée mortes-eaux/vives-eaux) sur la variabilité du front d'Ouessant est mis en relief grâce à des expériences de sensibilité. Enfin, l'étude des échanges de masse cross-frontaux, basée sur une technique de suivi de particules lagrangiennes, a été mise en place. La méthodologie apparaît robuste et les premiers résultats indiquent que ces exports s'effectuent selon des 'canaux' privilégiés de latitude.

Les processus hydrodynamiques et sédimentaires subtidaux sont étudiés en Manche au niveau du détroit du Pas-de-Calais et de son littoral méridional, et de la Mer d'Iroise et de la Baie de Douarnenez, à travers diverses modalités d'influence de l'hétérogénéité spatiale des sédiments de fond, de la houle via son interaction avec le courant en couche limite de fond et du vent. Une procédure nouvelle d'interpolation spatiale des distributions granulométriques permet de respecter l'hétérogénéité du substrat. L'approche méthodologique combine et confronte mesures de terrain et modélisation numérique. La modélisation, couplant des codes de circulation 3D (COHERENS) et de propagation de houle (SWAN), incorpore des modules de transport sédimentaire non-cohésif multiclasse, un module spécifique d'interaction houle-courant et diverses paramétrisations liées aux rides sableuses de fond (géométrie, coefficient de frottement), ainsi qu'un calcul optimisé du dépôt à l'interface eau-sédiment. La comparaison des prédictions numériques aux mesures recueillies le long du littoral méridional du détroit du Pas-de-Calais montre les interactions entre la bande littorale de sables fins envasés et la variabilité spatio-temporelle de l'hydrodynamique en conditions de courant de marée seul et superposé à une houle de Nord. La modélisation est ensuite appliquée à l'ensemble de la Manche orientale et centrale. En Baie de Douarnenez, l'analyse locale débouche sur une modélisation des influences respectives des courants de marée seuls, d'une houle de tempête superposée aux courants de marée et du vent. Enfin, une étude théorique des effets d'un cap sur la formation des bancs en drapeau est présentée.