Vagues et littoral : l'actualité au SHOM

[ Des observations à la théorie et à la modélisation numérique | programme ECORS ]

Alors que les prévisions de vagues au large sont de plus en plus fiable, avec des erreurs d'environ 10 % sur la hauteur des vagues prévues pour les prochaines 24 heures, leur évolution en zone côtière reste moins bien maîtrisée, les erreurs étant plutot de 20 à 30 %. Il y a donc une importante marge de progression dans ce domaine, qui fait appel à de nouvelles théories et demande leur mise en pratique dans les modèles de prévision. En même temps un nouveau défi est relevé par le SHOM et ses partenaires (laboratoires du CNRS, des Universités, centre de recherche sous-marines de l'OTAN) : la prévision de l'évolution d'une plage, dans le cadre du programme d'études amont ECORS, financé par la Délégation Générale pour l'Armement.

Des observations à la théorie et à la modélisation numérique

Plusieurs aspects de l'hydrodynamique côtière font l'objet de développements. Une comparaison des méthodes de calcul pour la génération et dissipation des vagues en zone côtière, appliquées aux vagues mesurées pendant la campagne SHOWEX a permis de mettre en évidence les défauts des modèles de prévision des vagues WAM et WAVEWATCH III, en particulier en zone côtière. Un travail théorique est donc en cours pour fournir une formulation de la dissipation des vagues représentant les effets du vent, de la turbulence et de la formation de moutons. Une première application de ces conclusions dans le modèle WAVEWATCH III a permis de réduire les erreurs de prévision d'un facteur 2 pour le Golfe de Gascogne, passant de près de 20 % à 10 % pour la prévision immédiate de la hauteur significative des vagues. Une théorie de la réflexion des vagues par la topographie a aussi été développée dans le cadre de la thèse de Rudy Magne. Cette théorie, déjà validée par des observations de la campagne SHOWEX pourrait avoir une application importante pour les houles de période 10 à 15 secondes en Mer du Nord.

Enfin, d'importants travaux théoriques sont en cours sur la méthode de calcul des courants en présence de vagues. En effet, le mouvement rapide de la surface avec des variations de hauteur de plusieurs mètres conduit à des effets complexes dans la couche de surface de l'océan. En particulier le déferlement des vagues qui se caractérise, pour les plus grandes échelles, par la formation de moutons, est une puissante source de turbulence pour l'océan, avec un impact important sur la vitesse du courant de surface. L'énergie ainsi perdue par les vagues pourrait dépasser 50 Watts par mètre carré dans le cas d'ouragans. Il y a donc besoin d'une théorie pour l'effet des vagues sur des courants variant dans les trois dimensions. Nous travaillons à rendre utilisable en pratique la théorie de la Moyennne Lagrangienne Généralisée de Andrews et McIntyre (1978). C'est l'objet de la thèse de Nicolas Rascle, commencée en 2004, ainsi que du mémoire d'habilitation à diriger des recherches, soutenu par Fabrice Ardhuin en 2005. Une meilleure compréhension des phénomènes d'interaction entre vagues, courants et turbulence permettra d'améliorer la prévision des vagues et des courants. Ce travail permettra aussi une meilleure interprétation des mesures de vagues et courant par radar (radar HF à terre, our radar satellite).

Phénomènes d'intéraction entre vagues, courant et turbulence

Programme ECORS

Le programme d'Etudes Amont Etude et Caractérisation Opérationnelle des Routes et des Sols pour la mobilité et la projection de forces par voies aéroterrestre (ECORS). Se divise en deux volet. Le second volet est piloté par le SHOM. Il couvre la prise en compte de l'environnement marin pour les opérations amphibies et et maritime et comprends les actions suivantes :

- amélioration des la prévisions des houles de grande période : collaboration entre Météo-France et le SHOM. Si la génération des vagues est assez bien représentée dans les modèles de prévision, leur évolution, une fois formées, est assez mal connue. Ce travail s'appuie sur l'expérience de Météo-France, en particulier pour l'assimilation de mesures de vagues par satellite, utilisant l'altimètre et le radar à synthèse d'ouverture. Ce travail sera effectué avec les modèles WAM à Météo-France et WAVEWATCH III au SHOM.

- observation et modélisation de l'évolution d'une plage sableuses sous l'effet de la houle et en présence de marée: collaboration entre l'Université de Bordeaux, le SHOM et de nombreux partenaires. Alors que les phénomènes hydrodynamiques sont assez bien connus, leur combinaison et leurs effet sur le mouvement du sable sont encore mal compris.

Vue aérienne de la plage du Truc Vert. (photo. Larroudé, PNEC 2001)

L'évolution de la forme générale de la plage peut être prévue par des modèles simples, mais la modélisation de la structure complexe des bancs de sables nécessite une prise en compte plus détaillée des mouvements de l'eau et du sable. Plusieurs programmes de recherche, en particulier aux Etats-Unis, ont mis en évidence les mécanismes qui aboutissent à la formation d'une barre sableuse au large d'une plage lors de tempêtes, et son érosion par des états de mer plus calmes. Les modèles numériques capables de reproduire cette évolution doivent être validés pour des conditions différentes. En particulier la présence d'une forte variabilité dun niveau moyen de la mer avec la marée modifie la forme des structures sableuses et leur évolution, comme cela a été mis en évidence par le Programme National d'Environnement Côtier. L'objectif des actions du PEA ECORS est donc de documenter cette évolution, ce qui nécéssite des mesures de profondeur, de courant, de vagues, de turbulence et de concentration en sédiments avec une couverture spatiale importante. Une campagne intensive de mesures devrait avoir lieu sur la plage du Truc Vert, au printemps 2008, combinant méthodes vidéo, mesure in-situ et télédétection à plus grande échelle. Ces mesures serviront de banc de test au modèles numériques calculant l'évolution de la forme de la plage.