Cette étude tente de modéliser les taux de transport de sédiments et l'évolution du lit dans un milieu estuarien complexe : l'estuaire de la Gironde, caractérisé par une grande hétérogénéité dans la composition des sédiments de lit, avec la présence de sédiments cohésifs et non-cohésifs ainsi que des mélanges sablo-vaseux. Notre objectif principal est d'étendre un modèle morphodynamique 2D développé par Huybrechts et al. (2012b) pour les sédiments non-cohésifs, afin de tenir compte de la présence de la vase et d'établir une étape préliminaire pour un modèle morphodynamique de sédiment mixte. Notre cadre est le système Telemac (version 6.1) où l'approche bi-dimensionnelle a été sélectionnée pour des simulations à grandes échelles spatiales (150 km) et moyen terme (5 ans).La première partie de ce travail est consacrée à la compréhension des processus de sédimentation-consolidation de la vase pure, en combinant expériences et modèles 1D verticaux. Les processus du sédiment cohésif sont ensuite intégrés dans le modèle morphodynamique de l'estuaire de la Gironde. Des expériences d'érosion et de dépôt ont été réalisées au laboratoire RWTH (Université d'Aachen, Allemagne) pour calibrer les paramètres des lois d'érosion et de dépôt. En outre, l'effet de la consolidation est pris en compte à travers la mise en œuvre d'un modèle 1DV de sédimentation et consolidation basé sur la théorie de Gibson (Thiébot et al., 2011) en utilisant des équations de fermeture analytique pour la perméabilité et la contrainte effective. Une attention particulière est accordée à l'initialisation de la structure verticale du lit sédimentaire. Les mesures et les résultats du modèle sont comparés pour les concentrations des sédiments en suspension et pour l'évolution de fond en moyen terme (5 ans).Dans la deuxième partie, un nouveau modèle 1DV pour la sédimentation entravée des mélanges sablo-vaseux a été développé sur la base des modèles de bi-disperse non-cohésifs. La solution numérique a été réalisée en prenant en considération un schéma de haute précision dans l'espace par la technique de reconstruction WENO et en temps par un Discontinue de Galerkin local (DG). Le modèle est ensuite validé par rapport à une large gamme de données expérimentales (mono-disperse sable, vase, non-cohésif bi-disperse et le mélange non-cohésif/cohesif)

Cette étude tente de modéliser les taux de transport de sédiments et l'évolution du lit dans un milieu estuarien complexe : l'estuaire de la Gironde, caractérisé par une grande hétérogénéité dans la composition des sédiments de lit, avec la présence de sédiments cohésifs et non-cohésifs ainsi que des mélanges sablo-vaseux. Notre objectif principal est d'étendre un modèle morphodynamique 2D développé par Huybrechts et al. (2012b) pour les sédiments non-cohésifs, afin de tenir compte de la présence de la vase et d'établir une étape préliminaire pour un modèle morphodynamique de sédiment mixte. Notre cadre est le système Telemac (version 6.1) où l'approche bi-dimensionnelle a été sélectionnée pour des simulations à grandes échelles spatiales (150 km) et moyen terme (5 ans).La première partie de ce travail est consacrée à la compréhension des processus de sédimentation-consolidation de la vase pure, en combinant expériences et modèles 1D verticaux. Les processus du sédiment cohésif sont ensuite intégrés dans le modèle morphodynamique de l'estuaire de la Gironde. Des expériences d'érosion et de dépôt ont été réalisées au laboratoire RWTH (Université d'Aachen, Allemagne) pour calibrer les paramètres des lois d'érosion et de dépôt. En outre, l'effet de la consolidation est pris en compte à travers la mise en œuvre d'un modèle 1DV de sédimentation et consolidation basé sur la théorie de Gibson (Thiébot et al., 2011) en utilisant des équations de fermeture analytique pour la perméabilité et la contrainte effective. Une attention particulière est accordée à l'initialisation de la structure verticale du lit sédimentaire. Les mesures et les résultats du modèle sont comparés pour les concentrations des sédiments en suspension et pour l'évolution de fond en moyen terme (5 ans).Dans la deuxième partie, un nouveau modèle 1DV pour la sédimentation entravée des mélanges sablo-vaseux a été développé sur la base des modèles de bi-disperse non-cohésifs. La solution numérique a été réalisée en prenant en considération un schéma de haute précision dans l'espace par la technique de reconstruction WENO et en temps par un Discontinue de Galerkin local (DG). Le modèle est ensuite validé par rapport à une large gamme de données expérimentales (mono-disperse sable, vase, non-cohésif bi-disperse et le mélange non-cohésif/cohesif) / This study attempts to model sediment transport rates and the resulting bed evolution in a complex estuarine environment: the Gironde estuary, characterized by a high hetereogeneity in the sediment bed composition, with the presence of both cohesive and non-cohesive sediments and sand/mud mixtures. Our main objective is to extend an existing 2D morphodynamic model developped by Huybrechts et al (2012b) for non-cohesive sediments, to account for the presence of mud and to draw some preliminary step for a fully mixte sediment morphodynamic model. Our framework is the finite element Telemac system (release 6.1), where the two-dimensional (depth averaged) approach has been selected for large scale and medium term simulations.The first part of this work is devoted to the understanding of sedimentation-consolidation processes for pure mud, combining laboratory experiments and 1D vertical models. Cohesive processes are then integrated in the 2D (depth-averaged) large scale morphodynamic model of the Gironde estuary developed by Huybrechts et al. (2012b). Erosion/deposition experiments were performed at the RWTH laboratory (University of Aachen, Germany) to calibrate the erosion and deposition law parameters. Moreover, the effect of consolidation is taken into account through the implementation of a 1DV Gibson-based sedimentation-consolidation model (Thiebot et al., 2011) using analytical closure equations for permeability and effective stress. Special attention is paid to the initialisation of the bed structure. Comparisons between measurements and model results are achieved on both suspended sediment concentration records and on medium term (5-year) bed evolutions.In the second part, a new 1DV model for the hindered settling of sand-mud mixtures has been developed based on the background of non-cohesive bi-disperse models. The numerical solution has been constructed by considering a high-order of accuracy in space via a Weighted Essentially Non Oscillatory (WENO) reconstruction technique and in time via a local space-time Discontinuous Galerkin (DG).The model is then validated against a large range of experimental data (mono-disperse sand, mud, non-cohesive bi-disperse and non-cohesive/cohesive mixture)

Les barres sableuses pré-littorales ont un rôle fondamental en morphodynamique des plages soumises à l’action des vagues. Le déséquilibre permanent entre les flux sédimentaires induits vers laplage par les non linéarités des vagues et ceux induits vers le large par le courant de retour gouverne lamigration transversale des barres. Dans cette thèse, un nouveau modèle morphodynamique de profilde plage intégrant l’état de l’art des processus hydro-sédimentaires a été développé. Le faible coûten temps de calcul de ce modèle permet de réaliser des simulations à long terme, O(mois/années),de la morphologie de plages réelles ayant des caractéristiques variées (pente, type de déferlement,granularité). La simulation sur plusieurs jeux de données, de plages réelles et expérimentales, a permisd’identifier la contribution respective des principaux processus hydro-sedimentaires dans la dynamiquede la plage suivant les conditions de houle (e.g. Tempête, temps calme). Ces avancées scientifiques ontété intégrées à un modèle 2DH, ce qui a notamment permis de simuler pour la première fois sur des casacadémiques la formation d’une barre sableuse rectiligne à partir d’une plage parfaitement plane, suiviedu développement de corps sableux tridimensionnels. Ces résultats ouvrent la voie vers l’applicationde ce type de modèle aux plages naturelles soumises à une large variabilité de régimes de houle. / Sandbars are ubiquitous patterns along wave-dominated sandy coastlines and are key elementsin the global evolution of beaches. Cross-shore sandbar migrations are the result of the permanentimbalance between sediment flux driven by wave non-linearity and mean return current. In this thesis,we developed a new process-based beach profile model integrating the recent scientific advancesin term of hydrodynamics and sediment transport developed for beach morphodynamics. The lowcomputing time allows for long-term morphodynamic simulations (O months/years) of natural beachprofiles of diverse characteristics (beach slope, sediment grain size or type of wave breaking). Modelvalidations on several data sets, encompassing natural and experimental beach profile evolutions,highlight the respective contribution of the main hydrodynamic and sediment transport processesinvolved in specific cross-shore sandbar evolution relative to various wave conditions. Finally, all thecross-shore physical processes were integrated in a 2DH morphodynamic model, resulting for the firsttime in the simulation of a quasi-complete down state sequence showing alongshore bar generationwith subsequent spontaneous formation of transverse bar and rip morphology. These very encouragingresults pave the way for using this model to simulate 3-Dimensional evolutions of natural beachesforced by irregular wave conditions

Le littoral Est dunkerquois, comme la plupart des côtes méridionales de la Mer du Nord, est constitué de larges plages sableuses à barres intertidales et de dunes côtières qui protègent des zones basses densément peuplées particulièrement vulnérables dans le contexte actuel de montée du niveau marin associée au changement climatique. Les objectifs de ce travail et la démarche méthodologique adoptée reposent sur une approche à plusieurs échelles spatiales et temporelles afin dévaluer l'impact des tempêtes sur l'évolution d'une côte basse macrotidale à fetch limité. A l'échelle évènementielle, les mesures ont souligné une réponse morphologique très différente de la côte face aux conditions énergétiques et tempétueuses, sur deux secteurs d'étude situés à 4 km de distance. Cette réponse très contrastée se traduit par des conditions hydrodynamiques différentes sur les deux sites, avec un secteur Ouest plus sensible à l'érosion que le secteur Est, plutôt stable voire en accrétion. Sur une échelle saisonnière à pluriannuelle, l'évolution de la côte et notamment sa capacité à se reconstruire durant les phases post-érosives a été mise en évidence, soulignant notamment l'efficacité des transports éoliens dans l'alimentation et la cicatrisation des dunes. A moyen terme, de 1957 à 2010, l'évolution du trait de côte a montré une grande variabilité à la fois spatiale et temporelle, qui semble être expliquée par une variabilité spatiale de l'énergie de la houle à la côte, en partie liée à la bathymétrie de l'avant-côte, mais aussi par les variations des forçages météo-marins et des interventions anthropiques locales. Certaines conditions météorologiques plus morphogènes ont été mises en évidence, telles que des vents persistants de secteur N-NW soufflant à plus de 8 m/s pendant plus de 48 heures, par exemple. Les mesures réalisées dans cette étude ont également permis la mise en place et la validation de deux codes morphodynamiques de modélisation à court terme de la réponse de la côte aux évènements de tempête, SBEACH et X-BEACH, qui ont tous deux donné des résultats cohérents sur le littoral étudié. Si le premier restitue mieux l'évolution morphodynamique et le second les conditions hydrodynamiques mesurées in-situ, ils restent tous les deux pertinents voire complémentaires.

Les embouchures tidales dominées par la houle sont des systèmes côtiers particulièrement dynamiques dont la morphologie est continuellement remodelée par l’action des vagues et de la marée. Les rapides évolutions morphologiques auxquelles elles sont sujettes impactent directement leurs environnements écologiques et socio-économiques. Afin de mettre en œuvre des réglementations adaptées à la gestion durable des embouchures tidales, des études environnementales systématiques sont nécessaires. L’objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre les processus physiques qui contrôlent les évolutions morphologiques d’une embouchure tidale éphémère au Portugal - l’embouchure de la lagune d’Albufeira – à partir de l’analyse de mesures hydrodynamiques et topographiques et de résultats d’un système de modélisation morphodynamique récemment développé. Les processus qui influent sur la dynamique de l’embouchure tidale à court terme, notamment ceux liés aux interactions vague-courant, ont été étudiés à travers l’application du système de modélisation à l’embouchure. Les modulations saisonnières du climat de vagues et du niveau moyen de la mer affectent fortement la dynamique sédimentaire de l’embouchure et contribuent au comblement naturel de l’embouchure pendant l’hiver. Les processus à long terme ont également été étudiés à partir de simulations rétrospectives de paramètres moyens de vagues pour des échelles régionales et locales sur une période 65 ans. Les fortes variabilités interannuelles du climat de vagues et de la dérive littorale qui lui est associée pourraient expliquer les différences d’évolutions morphologiques du système embouchure-lagune sur des échelles de temps pluri–annuels. / Wave-dominated tidal inlets are very dynamic coastal systems, whose morphology is continuously shaped by the combined action of the waves and the tides. The rapid morphological changes they experience impact directly their ecological and socio-economic environments. In order to implement adequate regulations for the sustainable management of tidal inlets, systematic environmental studies are necessary. The main objective of this PhD research work is to gain a better understanding of the physical processes that control the morphological evolutions of an ephemeral tidal inlet in Portugal - the Albufeira Lagoon inlet - based on the analysis of hydrodynamic and topographic data and on the results of a newly developed morphodynamic modelling system. The processes that impact the dynamics of the inlet at short time-scales, particularly those related to wave-current interactions, are investigated through the application of the modelling system to the inlet. The seasonal modulations of the wave climate and mean sea level strongly affect the sediment dynamics of the inlet and contribute to the natural closure of the inlet during the winter period. Long-term processes are also investigated based on a 65-year hindcast of mean wave parameters at regional and local scales. The large inter-annual variability of the wave climate and the associated longshore sediment transport – both correlated to the North-Atlantic Oscillation – are proposed to explain the differences in the morphological behaviour of the inlet-lagoon system at pluri-annual time-scales.