Les modèles d'érosion et de transport couramment utilisés sont construits à partir de données empiriques obtenues avec des sédiments de granulométries quasi uniformes. Or, il y a beaucoup de situations pour lesquelles la granulométrie des sédiments n'est pas uniforme. Les expériences réalisées en laboratoire et dans les rivières montrent que l'érosion et le transport des sédiments dépendent de la dispersion du diamètre des grains. Cette observation est à l'origine de cette thèse qui a pour objectif l'étude de l'influence de la distribution du diamètre des grains sur le transport de sédiments. Cette influence est envisagée à partir du développement d'un modèle numérique. La prédiction de l'érosion et du transport de sédiments tient de la résolution de deux problèmes : le premier est lié à l'écoulement au dessus du lit, le second à la mise en mouvement du sédiment. Le modèle développé détermine explicitement le mouvement des grains dans le lit de sédiments lorsque sa face supérieure est soumise à un écoulement. Pour cela, il mobilise la Méthode des Eléments Discrets (DEM), développée par Cundall et Strack (1979). Afin de reproduire l'effet de la topographie du lit sur le champ de vitesse du fluide, le modèle DEM est couplé avec le modèle d'écoulement FLOWSTAR. Le modèle FLOWSTAR est proposé par Carruthers et al. (2004) pour déterminer l'écoulement moyen dans une couche limite turbulente atmosphérique au-dessus des collines de faible pente. Le modèle numérique développé est appliqué à différents types d'arrangements de grains. Il permet d'estimer l'évolution du débit de sédiments au cours du temps pour différentes vitesses de frottement. Les seuils d'érosion des lits et l'évolution des débits de sédiments en fonction de la vitesse de frottement sont conformes à l'expérience. L'utilisation de l'approche DEM permet par ailleurs de connaître le comportement des grains dans et à la surface du lit au cours du temps (profil vertical de la vitesse des grains à l'intérieur de l'arrangement par exemple)

Les modèles d'érosion et de transport couramment utilisés sont construits à partir de données empiriques obtenues avec des sédiments de granulométries quasi uniformes. Or, il y a beaucoup de situations pour lesquelles la granulométrie des sédiments n’est pas uniforme. Les expériences réalisées en laboratoire et dans les rivières montrent que l’érosion et le transport des sédiments dépendent de la dispersion du diamètre des grains. Cette observation est à l’origine de cette thèse qui a pour objectif l’étude de l’influence de la distribution du diamètre des grains sur le transport de sédiments. Cette influence est envisagée à partir du développement d’un modèle numérique. La prédiction de l’érosion et du transport de sédiments tient de la résolution de deux problèmes : le premier est lié à l’écoulement au dessus du lit, le second à la mise en mouvement du sédiment. Le modèle développé détermine explicitement le mouvement des grains dans le lit de sédiments lorsque sa face supérieure est soumise à un écoulement. Pour cela, il mobilise la Méthode des Eléments Discrets (DEM), développée par Cundall et Strack (1979). Afin de reproduire l’effet de la topographie du lit sur le champ de vitesse du fluide, le modèle DEM est couplé avec le modèle d’écoulement FLOWSTAR. Le modèle FLOWSTAR est proposé par Carruthers et al. (2004) pour déterminer l’écoulement moyen dans une couche limite turbulente atmosphérique au-dessus des collines de faible pente. Le modèle numérique développé est appliqué à différents types d’arrangements de grains. Il permet d’estimer l’évolution du débit de sédiments au cours du temps pour différentes vitesses de frottement. Les seuils d’érosion des lits et l’évolution des débits de sédiments en fonction de la vitesse de frottement sont conformes à l’expérience. L’utilisation de l’approche DEM permet par ailleurs de connaître le comportement des grains dans et à la surface du lit au cours du temps (profil vertical de la vitesse des grains à l’intérieur de l’arrangement par exemple) / The models for the erosion and transport of sediments that are currently used rely on empirical data obtained from experiments with sediments having a uniform or unimodal distribution. But there are many practical situations for which the size distribution is significantly different from this assumed distribution, and laboratory and field experiments have shown that the erosion threshold and the transport rate depend on the size distribution and the range of particle sizes. The aim of this study is therefore to investigate and explain the influence of size distribution on erosion and transport rates, using a numerical model that has been developed specifically to study this problem. The sediment bed is assumed to consist of individual, non-cohesive, spherical particles, and the physical interactions between the particles are modelled explicitly, using the Discrete Element Method developed by Cundall and Strack (1979). The flow above the bed is computed using the FLOWSTAR model (Carruthers et al 2000) which was originally developed to compute the flow in the atmospheric boundary layer above arbitrary topography. These two models are coupled, and the resulting numerical code has been used to investigate the temporal evolution of erosion and transport rates agree well with experimental measurements, and the DEM provides additional information concerning the temporal evolution of the particle size distribution within the bed.

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.