Interaction des marées et des tempêtes sur le littoral
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Interaction des marées et des tempêtes sur le littoral charentais : modélisation des surcotes NICOLLE Amandine KARPYTCHEV Mikhail 18 avril 2006 LES PERTUIS CHARENTAIS Sables d ’Olonne Baie d ’Aiguillon Estrans : baie de Marennes et d ’Aiguillon La Pallice Marée semi-diurne : onde dominante = M2 Baie de Marennes Marnage : 4 mètres en moyenne Verdon Houle dominante : direction W et NW Modélisation : maillage Modèle à large échelle du plateau continental développé par le LNHE d ’EDF Modèle local = 3457 nœuds largeur des mailles : 5 km au large et 200 m près des côtes Conditions limites : 10 constituants tidaux principaux donnés par le SHOM : M2, S2, N2, K2, L2, NU2, O1, K1, M4, SA Modélisation : méthode Modèle local Forçage aux Modèle global conditions (LNHE) d’état de la mer limites = Houle Vent - Modèle météo (NOAA- Contraintes de surface, radiation CIRES Climate Diagnostics Center, Pression et fond USA) - Station météorologique L’Houmeau Modèle de marée + surcote Modèle globaux : Surcote Harmoniques marée Résultats = surcotes de - LNHE - SHOM Modélisation : modèle tidal TELEMAC 2DH r r r ∂U r r C r ρ + U∇U + fU = ρ − g∇η + f * u ² + v ² U + υ ∇U H ∂t U = vitesse Cf = coefficient quadratique de frottement sur le fond = 0.006 f = paramètre de Coriolis g = constante gravitationnelle H = hauteur d ’eau ? = surface libre ? = densité de l ’eau ? = coefficient de viscosité turbulente Modélisation : modèle de houle TOMAWAC F = spectre d ’onde fr = fréquence t = temps B = coefficient = c.cg/2p s ² x,y = coordonnées spatiales c = vitesse de phase ? = direction de propagation cg = vitesse de groupe s = pulsation Surcotes : observations (année 2002) Surcote = niveau marin observé - prédictions SHOM Données SONEL La Pallice :- 0.31 m et + 1.29 m Verdon : - 0.43 m et + 0.73 m Surcotes observées à La Pallice en 2002 Surcotes observées à Verdon en 2002 115 95 115 75 Surcotes en centimètres 95 55 Surcote en centimètres 75 35 15 -5 55 35 15 -25 -5 -45 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 -25 Temps en heures (0 = 01/01/2002 at 0h00) -45 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Temps en heures (0 = 01/01/2002 at 0h00) Sables d ’Olonne : - 0.25 m et + 1.05 m Surcotes observées aux Sables d'Olonne en 2002 115 Surcotes + fortes à La Pallice 95 Surcotes en centimètres 75 Verdon : + de décotes 55 35 15 -5 -25 -45 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Temps en heures (0 = 01/01/2002 at 0h00) 7000 8000 9000 10000 Modélisation : modèle de surcote Ajout au modèle tidal de 2 termes sources : Pression : Sx 1 Sp = = − grad ( Pa ) Sy ρ Vent : Sx 1 Sv = = τs Sy hρ Pa = pression atmosphérique t s = contrainte de surface ? = masse volumique de l ’eau h = hauteur d ’eau Surcote du 24/10/99 à La Pallice 1,2 1 Mètres 0,8 Observations Modèle (forçage surcote) Modèle global Surcote = 1 mètre 0,6 pic sous-estimé de 15 centimètres par modèle local et de 30 cm par modèle global 0,4 0,2 0 370 375 380 385 390 395 Heures 400 405 410 415 420 Modélisation : effets d ’interaction houle / marée Contrainte de surface : τ = ρ a * Cd * u 2 10 t = contrainte de surface ?a = densité de l ’air Cd = coefficient de frottement en surface Contrainte sur le fond : r r r τ b = τ cb + τ wb 1 ρf c u ² 2 1 = ρf wu ² wbm 2 τ cb = τ wb t b = contrainte sur le fond tcb = contrainte sur le fond dûe au courant twb = contrainte sur le fond dûe à la houle u10 = vitesse du vent mesurée à 10 mètres d ’altitude ? = densité de l ’eau fc = coefficient de frottement sur le fond dû au courant Cd dépend de la vitesse du vent mais aussi de l ’état de la mer Contrainte de radiation : u = vitesse du courant fw = coefficient de frottement sur le fond dû à la houle uwbm = vitesse orbitale de la houle S rad δS xx δS xy + δy Sx 1 δx = = − h ρ δS yx δS yy Sy + δx δ y Srad = contrainte de radiation Sx = contrainte de radiation suivant x Sy = contrainte de radiation suivant y ? = densité de l ’eau h = hauteur d ’eau Résultats = tempête d ’octobre 1999 Contrainte de surface : Marée = VE ; mi-flot Houle : SW ; HS = 0.7 m Surcote à La Pallice (octobre 1999) Vent : WNW ; 18 m/s 1,2 1 Observations Modèle (surcote + surface) Modèle (surcote + vent) Contrainte de fond : 0,6 Surcote à La Pallice (octobre 1999) 0,4 1,2 1 375 380 385 390 395 400 405 410 415 Modèle (surcote) 0,8 420 Heures Mètres 0 370 Observations Modèle (surcote + fond) 0,2 Contraintes de surface et de fond : 0,6 0,4 Surcote à La Pallice (octobre 1999) 0,2 1,2 Observations Modèle (surcote + fond + surface) 1 0 370 Modèle (surcote + surface) 375 380 385 390 395 400 405 410 415 Heures 0,8 Mètres Mètres 0,8 Surcote observée d ’1 mètre 0,6 0,4 0,2 0 370 375 380 385 390 395 Heures 400 405 410 415 420 interaction à travers les contraintes de surface et de fond = + de précision dans la modélisation du pic. 420 Résultats = tempête de décembre 1999 26 /12 /1999 : Contrainte de surface : Marée = ME ; mi-flot Surcote à La Pallice (décembre 1999) Vent : NW ; 20 m/s 0,8 27 /12 /1999 : 0,3 Marée = ME ; mi-flot 230 240 250 260 270 280 290 300 -0,2 Observations Modèle (surcote + radiation) 1,8 Modèle (surcote) 27-déc 1,3 mètres mètres 1,3 220 Surcote à La Pallice (décembre 1999) Houle : SW ; HS = 0.9 m Observations Modèle (surcote + surface) Modèle (surcote + vent) 27-déc 1,8 Contrainte de radiation : 0,8 Houle : SW ; HS = 1 m 0,3 Vent : W ; 33 m/s 220 -0,2 heures 230 240 250 260 270 280 290 300 heures Modèle global : Contraintes de surface et de radiation : Surcote à La Pallice (décembre 1999) Surcote à La Pallice (décembre 1999) Observations Modèle (surcote + surface + radiation) Modèle (surcote + surface) 27-déc mètres 1,3 0,8 Pic de 80 cm = modèle global suffit 0,3 220 -0,2 230 240 250 260 270 280 290 1,8 Observations Modèle (surcote) Modèle global 27 décembre 1,3 mètres 1,8 Pic d ’1 m 50 = contrainte de surface indispensable. 0,8 0,3 300 heures 220 -0,2 230 240 250 260 heures 270 280 290 300 Résultats = tempête de novembre 2000 La Pallice : Modèle global : Verdon : Surcote au Verdon (5/11/2000) Surcote à La Pallice (05/11/2000) 1,2 1 La Pallice : Observations Modèle (surcote) Modèle global 1,1 observations Modèle (surcote) 0,9 Marée : revif ; mi-flot Modèle global 0,7 0,6 Houle : SW ; HS = 0.6 m 0,4 mètres mètres 0,8 0,5 0,3 0,2 0 400 Vent : SE ; 17 m/s 450 500 550 600 650 0,1 -0,1400 700 450 500 550 600 650 700 -0,2 -0,3 heures heures Surcote à La Pallice (5 novembre 2000) Modèle local : 1,4 Observations Modèle (surcote + surface) Modèle (surcote + fond + surface + radiation) 1,2 Surcote au Verdon (5 novembre 2000) Modèle (surcote + surface) 0,9 0,8 Marée : revif ; mi-flot 0,6 0,4 Houle : W ; HS = 1.6 m 0,2 Modèle (surcote + fond + surface + radiation) 0,7 mètres mètres Observations 1,1 Verdon : 1 0,5 0,3 0,1 0 400 450 500 550 600 -0,2 650 700 Vent : SE ; 17 m/s heures Pic de 80 cm = bien prédit Pic de 1m20 = sous-estimé surcotes observées de 40 cm entre les 2 pics non prédites -0,1 400 450 500 550 -0,3 heures Pic de 50 cm sur-estimé 600 650 700 Modélisation des surcotes : Conclusion A cause des petites profondeurs et de la géométrie complexe des Pertuis Charentais, il est indispensable pour des prévisions réalistes de surcote de : 1) prendre en compte l ’impact de la houle (Janssen, 1989 ; 1991) 2) paramétriser l ’interaction courant / houle dans la formulation du frottement sur le fond (Christoffersen et Jonsson, 1985) 3) prendre en compte les contraintes de radiation qui peuvent jouer un rôle important dans la prédiction des pics de surcote (exemple : 26/12/1999). (Longuet- Higgins, Stewart, 1964)
