Spatial data collected over 3 years is presented to assess the extent of morphological variability under seasonal and storm waves at four high-energy macrotidal beaches. A novel approach is adopted to identify and classify the beach response which is used to assess the relative stability of the system to changes in the dominant forcing conditions. Field measurements and modelling simulations using XBeach provide further support for a storm dominated system exhibiting relative stability. Morphologically the beaches range from dissipative to intermediate and are characterised by low tide bar/rip morphology which plays a key role in the nearshore dynamics and beach safety. Located in the north coast of Cornwall the sites are exposed to high-energy waves that dominate the stability and behaviour of beaches in this region. The growing need for marine renewable energy in the UK has led to the deployment of a Wave Hub on the seabed off the north coast of Cornwall, designed to provide grid connection for wave energy devices (WECs). As a unique development much has been done to address concerns over potential impacts cause by arrays of WECs during its construction and operational lifetime; these predicted impacts include changes in the quality of waves for surfing and effects on the beach dynamics which determines beach safety through the presence of bar/rip features. In this thesis three years of monthly topographic surveys were collected from beaches in the proposed Wave Hub shadow zone to assess their morphodynamic variability. Realtime kinematic (RTK) GPS surveys were undertaken using an all-terrain vehicle to measure the three dimensional (3D) morphology at four beaches (Perranporth, Chapel Porth, Porthtowan and Gwithian) situated along a 23 km stretch of the north Cornish coast. In addition nearshore wave data, in-situ hydrodynamic measurements, local tide gauges and Argus video data allowed detailed analysis of process-response mechanisms for long term (yearly); seasonal (monthly); storm (weekly/daily); and tidal (hourly) morphological behaviour. Of particular interest was the degree to which the beaches displayed bar/rip morphology, characterised by the three dimensionality (3D) of beach response, which determines wave breaking and affects beach safety. Using a combination of measured shoreline variability and empirical beach classification schemes, the response to changes in the wave conditions at each beach have been assessed. The sites exhibited net long term accretion derived from the intertidal beach volume. Throughout the survey period intersite similarity in beach response was observed in response to storm waves, yet coupling between the seasonal wave climate and the beach morphology was not evident at any of the sites, due to the dominance of recovery phases following storm events. The role of increased wave conditions (exceeding Hs=4 m) during sustained storm events (> 50 hrs) led to offshore transport from the beach face to the subtidal bar region. Post-storm recovery was characterised by onshore transport and the development of substantial 3D low tide morphology. Under normal wave conditions (Hs=1.6 m) the dominant 3D features smoothed out as channels in-filled and bars reduced over a period of 2-3 months. This cyclicity was observed on ~3 occasions at the northern sites, while Gwithian remained more stable throughout; reflecting the more sheltered position of the beach. Overall the beaches exhibited a significant storm dominated morphological response cycle, unlike the more familiar winter/summer seasonal response. Nearshore bar behaviour at Perranporth and Porthtowan, assessed using ARGUS images, was dominated by offshore migration (ca.20 m/yr) following closely the net intertidal accretion, while bar shape exhibited changes over monthly periods. Intensive field studies of morphological change, nearshore current flows and surf zone wave conditions were undertaken at Porthtowan during small swell dominated waves and large energetic storm conditions in May and October 2010 respectively. The field data highlighted accretionary response under small swell dominated waves, and strong offshore directed undertow flows (0.5 m/s-1) during erosive energetic conditions (>Hs = 4m) which were then related to the monthly surveys. These results were applied to XBeach model simulations which helped further identify the importance of antecedent morphology and the complexities of intertidal geology in controlling beach response. The study provides the longest continuous record of beach morphology dynamics for macrotidal energetic sites and provides a valuable addition to work in this field. The dominance of storm driven morphological response was clear with highly threedimensional morphology developing under post storm conditions and continued beach evolution driven by the seasonal conditions. Antecedent morphology was found to be a key element of beach response with geological control an additional component. The projected reduction in wave conditions due to the Wave Hub and the natural variability observed indicates the sites are unlikely to shift significantly from their current dynamic state in response to the Wave Hub, and as such the potential impact on nearshore and beach dynamics is minimal.

Afin de lutter contre l'érosion du littoral, les phénomènes de submersion marine ou d'inondation, des rechargements sédimentaires issus de sable de dragage ont été réalisés au droit d'ouvrages clés le long de la façade maritime du Grand Port Maritime de Dunkerque (GPMD). L'objectif principal de cette étude est d'analyser l'évolution de différents types de rechargements sédimentaires le long d'ouvrages présentant un intérêt stratégique : un rechargement de plage de 1,5 millions de m³ (Mm³) face à la digue des Alliés dans la station balnéaire de Malo-les-Bains et un recharchement subtidal de 3 Mm³ face à la digue du Ruytingen à l'avant-port ouest du GPMD. Des levées topographiques et bathymétriques successifs ont permis d'établir des bilans sédimentaires des zones rechargées. Bien que ces bilans soient négatifs dans les deux cas, les pertes de sédiments restent modérées, notamment concernant l'opération de la digue des Alliés dont le volume a diminué de 12,3% en un peu plus de 3 ans. Une zone d'érosion marquée a été identifiée à l'ouest, tandis qu'une partie du sable est redistribué vers l'est sous l'effet des courants de marée et de la dérive littorale comme à Malo-les-Bains où la plage à l'est du rechargement bénéficie d'un apport sableux. Le rechargement subtidal a perdu une plus grande proportion de son volume de sable que le rechargement de plage. L'analyse des forçages météo-marins a montré que l'évolution morpho-sédimentaire des rechargements dépend de leur exposition aux houles, le rechargement subtidal face à la digue du Ruytingen étant plus exposé aux houles dominantes de secteur ouest que celui de Malo-les-Bains, plus influencé par les houles de nord-est. / In order to prevent coastal erosion and marine flooding, artificial replenishments using dredged sand have been carried out in front of key coastal structures along the coast of the Grand Port Maritime de Dunkerque (GPMD). The main objective of this study is to analyse the evolution of different types of artificial replenishments along structures of strategic interest of the GPMD : a beach nourishment of 1.5 million m³ (Mm³) in front of the dike called "Digue des Alliés" in the seaside resort of Malo-les-Bains and a subtidal nourishment of 3 Mm³ in front of the "Digue du Ruytingen" in the Western Port. Successive topographic and bathymetric surveys enabled to evaluate the sediment budgets of the nourished zones. Although the sediment budgets are negative in both cases, sans losses are nevertheless moderate compared to other artificial replenishments around the world, particularly for the beach fill in front of the "Digue des Alliés" where sediment volume decreased by 12.3% over three years. Significant erosion has been identified in the western part of the nourishment site, the eroded material being partly redistributed eastward along th beach of Malo-les-Bains under the influence of tidal currents and littoral drift. The subtidal replenishment lost a higher proportion of its initial sediment volume compared to the subaerial beach replenishment. Analysis of hydro-meteorological forcing showed that the morpho-sedimentary evolution of each operation strongly depends on their wave exposition, the subtidal replenishment in front of the "Digue du Ruytingen" being much more exposed to the dominant waves from W than the one in Malo-les-Bains more influenced by waves from NE.

Nos connaissances et notre compréhension de la dynamique sédimentaire des plages macrotidales sont encore limitées de nos jours en raison d'un manque de données lié à la plus faible proportion de ces plages à l'échelle mondiale. Trois plages macrotidales à barres et à bâches du littoral de la Côte d'Opale dans le Nord de la France ont été choisies pour mener cette étude. Elle se base sur trois approches différentes visant à caractériser (1) le régime tidal et les conditions hydrodynamiques, (2) la morphologie de la zone intertidale et (3) les flux sédimentaires longitudinaux (FL) et transversaux (FC) dans diverses conditions tidales et énergétiques. Le transport a été mesuré dans la zone proche du déferlement à l’aide de pièges à sédiment de type Kraus (1987) permettant de caractériser le débit solide à plusieurs niveaux au dessus du fond au cours de conditions d'agitation faibles à modérées (Hs < 1 m). Malgré une uniformité des flux le long de la plage, les phénomènes de vidange des bâches par l’intermédiaire de chenaux perpendiculaires au trait de côte permettent l’introduction de volumes de sédiment significatifs, augmentant localement le FL. La distribution des flux à travers l’estran présente, quant à elle, une décroissance nette du bas de plage vers le haut de plage. Les mesures simultanées de FL et de FC ont démontré que le FC dirigé vers le haut de plage et la résultante du FC sont dans la plupart des cas supérieurs aux FL en raison de la plus forte intensité des vitesses de courant oscillatoire. Ces résultats mettent en évidence des mouvements significatifs de volume de sable à travers la zone intertidale à l’échelle de la mesure, ce qui influence fortement la morphodynamique de la plage. L’ensemble de la zone intertidale est toutefois apparue relativement stable, avec des changements plus significatifs à court terme qu'à plus long terme. Les mesures de transport ont permis de mettre en lumière le rôle fondamental des bâches dans la dynamique des plages macrotidales. Ces dépressions inter-barres sont en effet responsables de la canalisation du sédiment le long du rivage, limitant ainsi les transports sédimentaires transversaux et par conséquent la migration des barres intertidales. Il est vraisemblable que le temps de résidence et l'intensité des processus hydro-sédimentaires jouent un rôle prépondérant dans la dynamique des barres intertidales. Les mesures ont également été comparées avec plusieurs estimations du transport sédimentaire issues de modèles numériques et morphodynamiques. Bien que les flux calculés surestiment en général le transport mesuré, certaines formules semblent plus adaptées pour déterminer le FL dans la zone de levée. / Our knowledge and understanding of the sediment dynamics of sandy macrotidal beaches is still limited by a lack of data from these macrotidal environments. This limitation is due to the relatively small proportion of macrotidal coasts in the world. Three sandy beaches on the coast of Northern France were chosen to conduct this study. Three scientific approaches were used: 1) characterization of tidal and waves energy conditions using wave and current meters deployed on the foreshore; 2) beach morphology survey and 3) estimation of longshore (FL) and cross-shore (FC) sediment transport using streamer traps similar to those designed by Kraus (1987). Sand transport was measured about 1 m water, next to the breaker zone and either in the shoaling zone or in the surf zone; under low to moderate waves energy conditions (Hs < 1 m). In spite of a low longshore variability in sediment transport due to a high degree of hydrodynamic uniformity along the shore, runnel drainage can locally increase sediment transport rates. Cross-shore distribution appeared to be more variable as sediment transport decreased from the lower to the upper part of the beach. Onshore, offshore and longshore sediment transport measured simultaneously showed that under various energetic conditions, FC appeared to be generally higher than FL. Although net littoral drift is directed towards the Belgian coast, these results suggest that significant volumes of sand move across the intertidal zone. These significant volumes of sand most likely have a strong influence on the morphodynamics of the beach. Daily topographical survey has shown little morphological variations while sediment transport rates appeared very variable and very significant, especially during the highest wave energy conditions. Sediment transport measurements across the foreshore highlight the important role played by inter-bar troughs in the morphodynamics of macrotidal beaches. Higher bed roughness in these depressions is responsible for an increase in sediment resuspension through the water column. Suspended transport is therefore favoured in troughs and hinders the cross-shore sediment transport, which is responsible for the bar migration across the intertidal zone. Morphological changes are dependent of the time residence of the hydrodynamic zones, but the morphodynamics of the intertidal bars appear to be strongly controlled by the amplitude of the incident waves. FL were also compared with calculated data computed using from numerical and morphodynamic model. Although computed transport rates are generally higher than in situ measurements, it appears that some formulae provide better estimate of FL, especially in the shoaling zone

Les dunes côtières constituent un des éléments fondamentaux de la dynamique des systèmes côtiers sableux. Leur stabilité dépend essentiellement de leur capacité à résister aux effets des tempêtes et à se reconstituer après l'érosion. Dans le contexte actuel du changement climatique, la probable hausse du niveau de la mer devrait affecter considérablement les systèmes côtiers et de surcroît augmenter la vulnérabilité des cordons dunaires à l'érosion.L'objectif principal de cette thèse est d'étudier l'évolution des littoraux dunaires de la Côte d'Opale en adoptant une approche à plusieurs échelles de temps afin d'évaluer leur capacité de résistance et/ou de régénération face aux événements tempétueux. A long terme, l'étude de l'évolution du trait de côte sur près de 68 ans, à partir de photographies aériennes orthorectifiées, a révélé que plus de la moitié des littoraux dunaires de la Côte d'Opale sont stables ou en accumulation et possèdent donc une bonne capacité de résilience, malgré les nombreuses tempêtes ayant affecté ce littoral depuis le début des années 50. L'analyse de leur évolution sur un pas de temps de 5 ans a mis en évidence une forte variabilité spatiale et temporelle directement liée aux forçages météo-marins, notamment aux épisodes tempétueux associés à des hauts niveaux d'eaux. A moyen et court termes, des levés topographiques LiDAR et des mesures in-situ, couplés aux données météorologiques et hydrodynamiques, ont révélé une réponse morphologique différente entre des secteurs dunaires adjacents. Celle-ci est liée à la variation des paramètres morphologiques (altitude de pied de dune, largeur et volume du haut de plage) au cours des périodes étudiées. Les résultats montrent également que les processus de régénération peuvent être très longs sur nos sites d'étude, ce qui suggère que les dunes cotières qui, jusqu'à présent étaient relativement stables, risquent de connaître des épisodes d'érosion plus fréquents avec l'élévation contemporaine du niveau de la mer. / Coastal dunes are fundamental elements of sandy coastal systems dynamic. They may experience a variable response to coastal erosion, in relation to their ability to withstand storm effects and to recover from erosion. Global sea level rise, related to global warming, would considerably affect coastal systems and hence the sensitivity of coastal dunes to erosion. The main objective of this thesis is to study the evolution of the Côte d'Opale coastal dunes at different time scales in order to evoluate their capacity to resist and/or to recover from storm impacts. Over long term periods (nearly 68 years), shoreline evolution analysis from orthorectified aerial photographs revealed that more than half of the Côte d'Opale coastal dunes are stable or prograding and thus, are resilient. Their evolution over 5-year periods highlighted a strong spatial and temporal variability which is directly linked to weather and hydrodynamic conditions, especially the occurence of storms during heigh water levels. At medium and short term scales, topographic surveys from LiDAR and in-situ measurements, coupled with metrological and hydrodynamic data, showed a different morphological response between adjacent coastal dune areas. This is related to variations in morphological parameters such as dune foot elevation, width and volume of the upper-beach during the studied periods. Results show also that coastal dunes recovery from storms can be a very long process at our study areas, suggesting that foredunes in a state of mesoscale stability may experience more frequent erosion with currents sea level rise.

L'objectif de cette thèse était de comparer des mesures de flux sédimentaires et des évolutions morphologiques in-situ à des simulations numériques 2DH sur des plages macrotidales à barres intertidales. Ces comparaisons ont été réalisées sur deux plages de la région Nord Pas de Calais – Picardie, la plage de Zuydcoote et la plage de Hardelot. Ces plages sont caractérisées par un système barre-bâche sableux rectiligne.Ce travail a permis d'acquérir des données courantométriques et des données de houle sur le profil de chaque plage pendant une semaine ainsi que des données situées plus au large nécessaires pour le forçage du modèle numérique. Des mesures ponctuelles de flux sédimentaires ont également été réalisées à l'aide de pièges à sédiments ainsi qu'un suivi d'évolution du fond à l'aide de mesures DGPS en début et fin de campagnes de mesures.L'ensemble de ces données a été comparé aux résultats obtenus par un modèle numérique 2DH. Ce modèle numérique est composé de trois modules de la chaîne de calcul TELEMAC, un module pour la prise en compte des courants de marée, un module de propagation spectrale de la houle, et un module de transport de sédiments et d'évolution morphologique. A l'aide de ces modules, des simulations ont été réalisées sur la durée des campagnes de mesures afin de calibrer différents paramètres en comparant les résultats aux mesures in-situ, notamment le coefficient de Strickler, l'indice de déferlement des vagues, ainsi que différentes formules de transport sédimentaire.Ces simulations ont permis de montrer l'influence de l'indice de déferlement sur les résultats des simulations à la fois sur la partie hydrodynamique ainsi que pour le transport sédimentaire et l'évolution morphologique.Quatre différentes formules de transport sédimentaire ont été utilisés afin de déterminer leurs capacités à reproduire les mesures de transport sédimentaire et d'évolution in-situ en fonction de l'indice de déferlement.Ce modèle a permis de mettre en évidence le rôle des vagues et de leurs déferlements sur la direction et l'intensité du transport sédimentaire ainsi que des zones préférentielles d'accrétion et d'érosion. Cette étude a également montré certaines limites du modèle principalement sur les vitesses perpendiculaires à la plage suite à l'utilisation d'un modèle 2D, ainsi que des limitations induites par l'utilisation d'un indice de déferlement prenant en compte uniquement le rapport hauteur de vague sur profondeur, et limitant le déferlement sur la crête des barres et dans la pente entre la barre et la bâche supérieur sur la plage. / The objective of this thesis was to compare sediment flux measurements and in situ morphological changes with 2DH numerical simulations on macrotidal beaches with intertidal bars. These comparisons were made on two beaches in the Nord Pas de Calais - Picardie ,Zuydcoote Beach and Hardelot Beach. These beaches are characterized by a straight sandy bar-trough system.This work allowed to acquire current data and wave data on the profile of each beach and also offshore data for a period of one week. Sediment flux measurements were also conducted using sediment traps and by monitoring bottom evolution using DGPS measurements at the beginning and the end of the campaigns.All these data were compared with results obtained by a digital 2DH model. This digital model is composed of three modules of the TELEMAC calculation chain, a module for taking into account the tidal currents, a spectral propagation module for the waves, and a sediment transport module with morphological evolution. Using these modules, simulations were performed for the duration of measurement campaigns to calibrate various parameters by comparing the results with in-situ measurements, including the Strickler coefficient, the wave-breaking index and four different sediment transport formulas.These simulations show the influence of the breaker index on both the hydrodynamic part and the sediment transport and morphological evolution.The different sediment transport formulas were used to determine their ability to reproduce the sediment transport measurements and the evolution according to the breaker value.This model has helped to highlight the role of waves and surges on the direction and intensity of the sediment transport as well as preferential areas of accretion and erosion. This study also shows some limitations of the model mainly on the speed perpendicular to the beach and the limitations caused by the use of a breaker index taking only into account the ratio between wave height and the deep, and limiting the surge on the crest of the bars and into the slope between the bar and the top trough on the beach.

L'objectif de ce mémoire est de comprendre le fonctionnement hydro-sédimentaire des embouchures tidales dominées par la marée et la construction d'une flèche sableuse à crochets perpendiculaires. Deux sites voisins ont été choisis : les embouchures de l'Orne et de la Dives sur la côte du Calvados (Normandie). L'utilisation de données d'agitation et topographiques, acquises selon plusieurs échelles spatio-temporelles, permet d'étudier la morphodynamique de ces deux embouchures.L'embouchure de l'Orne possède une évolution soumise à une forte pression anthropique causée par de nombreuses infrastructures portuaires. Elle est comparée à celle de l'embouchure de la Dives, où l'impact anthropique est plus limité. Il apparaît que ces deux embouchures partagent les mêmes mécanismes de transports sédimentaires, avec une composante transversale importante. Ce transport vers la côte est assuré par la migration de barres de swash sur les parties aval-dérive des deltas de jusant. Ces barres de swash possèdent des volumes et des vitesses de migration similaires, comprises entre 3.5 et 8.0 m/mois.Contrairement à la Dives, les côtes en amont et en aval-dérive de l'embouchure de l'Orne sont en accrétion. Si en amont, cette accrétion suit les nombreuses phases de construction du port de Caen-Ouistreham, en aval se développe depuis un peu plus d'un siècle une flèche sableuse à la morphologie atypique. En effet, cette flèche possède plusieurs crochons emboités, dont les extrémités - les crochets - sont perpendiculaires au corps à la flèche. Il est démontré que l'attachement des barres de swash à la côte est responsable de la formation d'un nouveau crochon. La diffraction des vagues au niveau de l'extrémité des barres de swash et des crochons, ainsi que les directions locales de l'agitation, expliquent la formation des crochets perpendiculaires à l'extrémité des crochons. / The aim of this thesis is to understand the mechanisms of sediment bypassing at tidal inlets in a macrotidal environment and the formation of a sandspit with perpendicular hooks. Two closed areas are studied, the Orne and Dives inlets on the coast of Normandy (France). Wave and topographic data, at several space-time scales, are used to study the inlet morphodynamics.The Orne inlet is affected by strong human impacts due to several port facilities whereas the Dives inlet knows a limited anthropogenic impact. The study of the two inlets allows to deduce the impact of the human activities in the sediment transport patterns. The Orne and Dives inlets share the same mechanisms of sediment transport. Both show a major cross-shore component of the transport, underlines by the swash bars migration over the ebb-tidal deltas. All swash bars have similar volumes and migration rates, between 3.5 and 8.0 m/month.The Orne inlet shows deposition on both sides. The accretion on the updrift coast follows the building stages of the harbour of Caen-Ouistreham. On the downdrift coast, the deposition creates the Merville spit, which has several interlocked ridges. A perpendicular hook is present on the distal part of each ridge. This work shows that the swash bar attachment at the shoreline shapes a new ridge. Wave diffraction around the distal part of the swash bars and ridges, and the local wave directions, explain the formation of perpendicular hooks.

Les plages sableuses et les dunes côtuères occupent encore de nos jours une place importante dans la zone côtière du Nord-Pas-de-Calais. Ces accumulations sableuses, qui sont parfois le seul rempart protégeant les zones basses de la plaine côtière des submersions marines, sont des milieux particulièrement vulnérables dans le contexte actuel de l'élévation du niveau de la mer associée au changement climatique. Les objectifs principaux de la thèse étaient d'analyser les variations du trait de côte et du bilan sédimentaire à l'échelle régionale, d'apprécier le rôle des variations du volume sédimentaire sur la stabilité de la ligne de rivage, et d'évaluer les zones les plus menacées par les risques littoraux dans un avenir proche, de travail reposant en grande partie sur l'utilisation de données topographiques acquises par LiDAR aéroporté entre 2008 et 2014 ainsi que de photographies aériennes de 1963 à 2009. L'analyse de l'évolution du trait de côte a montré des évolutions contrastées, que ce soit spatialement ou temporellement. En effet, plusieurs portions de littoral ont connu une propagation du trait de côte à long terme, comme à court terme, tandis que d'autres sites ont subi un très fort recul à l'échelle de plusieurs décennies, mais aussi ces dernières années. La comparaison entre l'évolution du trait de côte et le volume initial du haut de plage en 2008, a montré que les reculs les plus importants se sont essentiellement produits dans les secteurs où l'on pouvait observer une absence de haut de plage à marée haute. Sur plusieurs sites, nos résultats suggèrent également qu'à partir d'un volume seuil de sédiments sur le haut de plage, le trait de côte est stable ou montre une tendance à la propagation vers le large. La cartographie de l'aléa de submersion marine à l'horizon 2050, prenant en compte la hausse du niveau marin liée au changement climatique, a montré clairement des franchissements du cordon dunaire sur plusieurs sites. Cette cartographie étant établie sur les données topographiques les plus récentes, à savoir décembre 2013 et janvier 2014, ces submersions potentiells ont une forte probabilité de se produire bien plus tôt que l'année 2050 en raison des forts taux d'érosion constatés sur certains massifs dunaires. Le calcul des bilans sédimentaires de l'ensemble du littoral régional, a montré, dans l'ensemble, une tendance à l'accrétion. Cette accrétion est d'autant plus significative pour le haut de plage et les dunes côtières, hormis pour quelques sites qui connaissent un grave déficit sédimentaire (particulièrement dans la baie de Wissant et sur la rive nord de la baie de l'Authie). Ces résultats suggèrent que la côte du Nord-Pas-de-Calais ne se trouve pas dans une situation de pénurie sédimentaire mais connaitrait plutôt une accumulation sur la majeure partie de son linéaire côtier. / Sandy beaches and coastal dunes still represent a significant portion of the coastal of Nord-Pas-de-Calais, northern France. These sandy accumulation landforms, which sometimes constitute the only defense protecting low-lying coastal areas from coastal flooding, are particularly vulnerable to sea level rise associated with climate change. The main objectives of the thesis were to analyze shoreline change and coastal sediment budget at the regional scale, to assess the role of changes in sediment volume on shoreline stability,and to evaluate areas at risk from coastal hazards in the near future, using airborne topographic LiDAR data collected between 2008 and 2014 and aerial photographs from 1963 to 2009. Analyses of shoreline change revealed spatially as well as temporally variables evolutions.Seaward shoreline progradation occured along several stretches of coastline at multidecadal and short times-scales, while significant coastal retreat took place at other sites during the same time periods. The comparison between coastline evolution and the initial volume of the upper beach in 2008 showed that the higher retreat rates were mainly observed in areas where the upper beach was lacking at high tide. Our results also suggest that there is a sediment volume threshold on the upper beach at each site above which the coastline is stable or progrades seaward. Mapping of areas at risk of marine flooding in 2050, taking into account a projection of sea level rise due to climate change, clearly shows that the submersion of coastal dunes would take place at several sites during storm-induced high water level events. The mapping of these areas at risk being based on topographic data collected in December 2013 and January 2014, coastal flooding is very likely to occur much earlier than 2050 at several sites, however, where very high rates of coastal retreat result in severe erosion of the coastal dunes. The calculation of sediment budget based on the repetitive LiDAR surveys shows that, overall, sediment accretion predominates over the entire regional coastal zone. This accretion is particularly significant for the upper beach and coastal dunes, except for a few sites that are characterized by a strong sediment deficit (particularly Wissant bay and the Northern shore of the Authie estuary). These results suggest that the coastal zone of Northern France does not experience sediment shortage, but is rather dominated by sediment storage in the backshore of the sand beaches

L’estuaire de Seine est un géosystème macrotidal présentant un hydrodynamisme fort lié à la combinaison des courants fluviatiles et tidaux. Ces phénomènes entrainent l’érosion et le dépôt des sédiments au niveau des vasières intertidales. Au sein des vasières, l’interface eau-sédiment est une zone importante car c’est à cet endroit que se réalise les échanges en nutriment (C, N, P) entre le sédiment et la colonne d’eau. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’impact des forçages hydrodynamiques, physiques et thermiques sur les flux de nutriment à cette interface en utilisant une double approche expérimentale de terrain et de modélisation. Dans ce but, une vasière d’embouchure et une vasière amont de l’estuaire sont échantillonnées au cours des mois de mars-avril 2017. Des échantillonneurs passifs ainsi que des instruments de mesure en continu sont implantés dans le sédiment. Les données obtenues sont ensuite intégrées en entrée dans des modèles de diffusion et d’advection afin d’estimer la contribution relative de la diffusion et des mouvements d’eau dans les flux de nutriment. Les résultats expérimentaux obtenus montrent les différences de fonctionnement hydrodynamiques des deux vasières du fait de leur localisation différente dans l’estuaire. Ils mettent aussi en avant l’hétérogénéité des sédiments des deux vasières d’un point de vue hydrodynamique, physique et biogéochimique. Enfin ils permettent de comprendre la dynamique de la température du sédiment en lien avec le cycle diurne et la marée. La partie modélisation de cette étude est divisée en deux parties distinctes : l’étude de la diffusion et de l’advection à l’interface eau-sédiment. La diffusion est étudiée de façon horizontale et verticale. Le facteur prépondérant de la dynamique de diffusion est la température, celle-ci est modulée par plusieurs paramètres. Les flux potentiels de diffusion sont aussi calculés pour les deux vasières. L’étude de l’advection au sein du sédiment est réalisée à l’aide de deux modèles : le modèle VFLUX et le modèle 1DTempPro. Les vitesses d’écoulement de l’eau interstitielle sont fonction du phasage-déphasage du cycle diurne avec celui de la marée. Ces résultats mettent en avant le rôle prédominant de l’advection par rapport à la diffusion dans la dynamique des flux de nutriment et permettent de proposer un modèle conceptuel des échanges thermiques et de l’advection-diffusion au sein des vasières intertidales / The Seine estuary is a macrotidal geosystem with a strong hydrodynamism linked to the combination of fluvial and tidal currents. These phenomena cause erosion and sediment deposition on the intertidal mudflats. Within the mudflats, the water-sediment interface is an important area because it is there that nutrient exchanges (C, N, P) take place between the sediment and the water column. The objective of this thesis is to evaluate the impact of hydrodynamic, physical and thermal forcing on nutrient fluxes at this interface using a dual experimental field and modelling approach. For this purpose, a mudflat situated at the mouth of the river and an upstream mudflat of the estuary are sampled during the months of March-April 2017. Passive samplers and continuous measuring instruments are implanted in the sediment. The resulting data are then integrated into diffusion and advection models to estimate the relative contribution of water diffusion and movement in nutrient fluxes.The experimental results show differences in the hydrodynamic functioning of the two mudflats due to their different location in the estuary. They also highlight the heterogeneity of the sediments of the two mudflats from the hydrodynamic, physical and biogeochemical points of view. Finally, they allow us to understand the dynamics of sediment temperature in relation to the diurnal cycle and the tide. The modelling part of this study is divided into two distinct parts: the study of diffusion and advection at the water-sediment interface. The diffusion is studied in a horizontal and vertical direction. The main factor of diffusion dynamics is temperature, which is modulated by several parameters. The potential diffusion fluxes are also calculated for the two mudflats. The study of advection within the sediment is performed using two models: the VFLUX model and the 1DTempPro model. Interstitial water flow velocities are a function of the phase-diphase shift of the diurnal cycle with that of the tide. These results highlight the predominant role of advection compared to diffusion in the dynamics of nutrient flows and allow to propose a conceptual model of heat exchange and advection-diffusion within intertidal mudflats.

La dynamique des Matières en Suspension (MES) dans les estuaires macrotidaux est fortement variable à la fois spatialement (du compartiment fluvial à l'embouchure de l'estuaire) et temporellement (de la seconde à plusieurs années), mais reste primordiale pour comprendre et quantifier la dynamique sédimentaire des environnements estuariens. Avec le développement croissant des réseaux de mesures haute-fréquence à l'échelle internationale, l'objectif principal de cette étude est de qualifier et de valoriser les mesures de turbidité acquises par un réseau de mesures haute fréquence (réseau SYNAPSES) implanté d'amont en aval sur l'estuaire de la Seine (France) à la fois (i) en matière de suivi de la dynamique des MES du compartiment fluvial au bouchon vaseux et (ii) en matière d'estimation des flux de MES sur différentes échelles spatio-temporelles de l'estuaire de la Seine. Les données acquises à partir du réseau SYNAPSES et des campagnes in situ (81 journées de 12 h - OBS-3+/YSI/LISST 100X-C/ADCP 600 kHz) sur quatre stations réparties de l'estuaire fluvial à la zone du bouchon vaseux, constituent un set de données extrêmement riche et unique sur les domaines estuariens. La variabilité des relations, établies entre les mesures de turbidité [NTU] et les mesures de concentrations en MES [g.L-1] sur chacune des campagnes de l'échelle tidale à annuelle, met en évidence l'effet (i) de la technologie interne du capteur et (ii) de la variabilité des propriétés optiques inhérentes des particules (diamètre médian D50), densité sèche rhô et efficacité de diffusion Qc) sur la sensibilité des différents capteurs optiques. L'analyse conjointe des données in situ et des données SYNAPSES a permis de calibrer les mesures de turbidité en concentration massique, avec une relation validée sur le cycle annuel, spécifique à chacune des stations et des incertitudes minimisées. Après une étude de la représentativité des stations du réseau vis-à-vis de la section, les flux instantanés de MES sont estimés (i) à partir des données de concentrations en MES et de débits acquis par l'ADCP sur l'intégralité de la section et (ii) à partir des concentrations ponctuelles en MES du réseau SYNAPSES couplées au modèle hydrodynamique MARS-3D. Les comparaisons des flux de MES in situ par rapport à ceux estimés par la combinaison SYNAPSES/MARS-3D permettent de proposer un coefficient spécifique à chacune des stations du réseau SYNAPSES, dans le but d'ajuster les flux instantanés de MES estimés, avec leurs incertitudes, à partir du réseau SYNAPSES à la réalité in situ. Les outils et les démarches développés dans la thèse sur l'estuaire de la Seine pauvent être appliqués à d'autres estuaires macrotidaux pour estimer les flux sédimentaires. / The dynamics of Suspended Particulate Matter (SPM) in macrotidal estuaries is highly variable both spatially (from the fluvial compartment to the estuary mouth) and temporally (from the second to several years), but it is essential to understand and quantify the sedimentary dynamics of estuarine environments. With the development of high-frequency measurement networks around the world, the main objective of this study is to qualify the turbidity measurements acquired by a high-frequency measurement network (SYNAPSES network) located on the Seine estuary (i) in terms of monitoring the SPM dynamics from the fluvial compartment to the turbidity maximal zone (TMZ) and (ii) in terms of estimation of the SPM fluxes on different spatio-temporal scales of the Seine estuary. Data acquired from the SYNAPSES network and complementary in situ campaigns (81 days of 12 h - OBS-3+/YSI/LISST 100X-C / ADCP 600 kHz) on four stations from the fluvial estuary of the Seine Estuary to the turbidity maximal zone, are an extremely rich and unique dataset on estuarine environments. The variability in the relationship between turbidity measurements [NTU] and SPM concentration measurements [g.L-1] on each campaign, reveals the effect of (i) the internal sensor technology and (ii) the variability of the particle inherent optical properties (median diameter D50, dry density rho and scattering efficiency Qc) on the sensitivity of different optical sensors. The analysis of the in situ and the SYNAPSES data allowed to calibrate the turbidity measurements in mass concentration, with a validated relationship on the annual cycle, specific to each of the stations and reduced uncertainties. After a study of the SYNAPSES station representativeness across the section, the instantaneous fluxes of SPM are estimated (i) from the SPM concentration and liquid flow data acquired by the ADCP on the global section and (ii) from the SPM concentrations of the SYNAPSES network coupled to the hydrodynamic model MARS-3D (estimation of the liquid flow). Comparisons of SPM fluxes in situ to those estimated by the combination SYNAPSES/MARS-3D allow to propose a specific coefficient for each of the SYNAPSES network stations, xith the aim of adjusting the SPM instantaneous fluxes estimated from the SYNAPSES network to the in situ reality, with reasonable uncertainties. the tools and approaches developed in the PhD thesis on the Seine estuary can be applied to other macrotidal estuaries to estimate sedimentary fluxes.

En Baie de Seine sud-orientale (shoreface à plate-forme interne), la sédimentation fine est étudiée à des échelles de temps variées, des dépôts holocènes argilo-tourbeux continentaux (9000 ans BP) aux événements de dépôt instantanés actuels liés à des "crues estuariennes". Lors de ces crues, succédant à de faibles débits prolongés, sont combinés les apports d'un stock de sédiments fins intra-estuariens et les MES originaires du bassin versant amont. Des placages de vase se mettent alors en place dans les petits fonds ouverts sableux. Ces fonds correspondent actuellement à un contexte d'ensemble érosif, où sont mises à l'affleurement les argiles holocènes; une reconstitution lithochronostratigraphique de ces dépôts fossiles est proposée. Il est montré l'importance: à l'échelle décennale et pluri-annuelle, d'un envasement progressif des sables subtidaux et, à l'échelle de la saison, d'épisodes paroxysmiques de dépôts de vase éphémères, remaniés par les houles et les courants de marée.