Modélisation numérique Navier-Stokes/VOF de tsunamis générés par un glissement de terrain aérien

La génération de vagues par des glissements de terrain est étudiée à l'aide d'un modèle basé sur les équations de Navier-Stokes et un suivi d'interface PLIC-VOF ou TVD Lax Wendroff. L'originalité de l'étude repose sur la prise en compte implicite du couplage glissement/fluide. Le modèle est validé dans un premier temps, dans le cas de génération d'un soliton par la chute d'un bloc rigide à l'extrémité d'un canal. Une étude numérique de l'influence du caractère déformable du glissement est ensuite proposée. Ce travail met en évidence l'importance et la complexité du rôle de cette déformation sur les caractéristiques des vagues générées. Il convient donc de prendre en compte de manière plus fine la rhéologie du glissement dans le processus de prédiction des tsunamis

Video-Based Nearshore Bathymetric Inversion on a Geologically Constrained Mesotidal Beach during Storm Events

Although geologically constrained sandy beaches are ubiquitous along wave-exposed coasts, there is still a limited understanding of their morphological response, particularly under storm conditions, which is mainly due to a critical lack of nearshore bathymetry observations. This paper examines the potential to derive bathymetries from video imagery under challenging wave conditions in order to investigate headland control on morphological beach response. For this purpose, a video-based linear depth inversion algorithm is applied to three consecutive weeks of frames collected during daylight hours from a single fixed camera located at La Petite Chambre d’Amour beach (Anglet, SW France). Video-derived bathymetries are compared against in situ topo-bathymetric surveys carried out at the beginning and end of the field experiment in order to assess the performance of the bathymetric estimates. The results show that the rates of accretion/erosion within the surf zone are strongly influenced by the headland, whereas the beach morphological response can be classified into three main regimes depending on the angle of wave incidence θp: (1) under deflection configuration (θp>0°), the alongshore sediment transport was trapped at the updrift side of the headland, promoting sand accretion. (2) Under shadowed configuration (θp<0°), the interruption of the longshore current drove a deficit of sand supply at the downdrift side of the headland, leading to an overall erosion in the surf zone. (3) Under shore-normal configuration (θp=0°), rip channels developed, and up-state beach transition was observed. A comparison between video-derived bathymetries and surveys shows an overall root mean square error (RMSE) around 0.49 to 0.57 m with a bias ranging between −0.36 and −0.29 m. The results show that video-derived bathymetries can provide new insight into the morphological change driven by storm events. The combination of such inferred bathymetry with video-derived surface current data is discussed, showing great potential to address the coupled morphodynamics system under time-varying wave conditions.Comprendre et prévoir l'évolution contemporaine du traite de côte dans un contexte de changement climatique par assimilation de données satellite dans les modèles hybride

Simulation de la propagation et du déferlement d’une vague et de l’inondation d’unrèclif 2D: évaluation comparative des codes numérique pour la modélisation des tsunamis

In the framework of the French research project TANDEM dedicated to tsunami modelling, a series of benchmarks has been set up, addressing the various stages of a tsunami event: generation, propagation, run-up and inundation. We present here the results of five codes, involving both depth-averaged Boussinesq and fully 3D Navier-Stokes equations, aimed at being applicable to tsunami modelling. The codes are evaluated on a flow involving propagation, run-up, overtopping and reflection of the waves on two-dimensional reefs, and compared with the experimental data produced from a set of laboratory experiments carried out at the O.H. Hinsdale Wave Research Laboratory, Oregon State University (OSU, see Roeber et al., 2010 and Roeber and Chung, 2012).Dans le cadre du projet de recherche français TANDEM dédié à la modélisation de tsunamis, une série de tests a été mise enplace concernant les différentes étapes d'un tsunami : la génération, la propagation et l'inondation. Les résultats obtenus par cinq codessont présentés ici. Chacun d'eux utilise les équations de Boussinesq moyennées sur la profondeur et les équations de Naver-Stokes entrois dimensions adaptées à la modélisation de tsunamis. Ces codes sont évalués sur un écoulement impliquant la propagation, lasubmersion, et la réflexion des vagues sur un récif en deux dimensions. Une comparaison est effectuée à partir de données expérimentalesprovenant du laboratoire d'Hinsdale (O.H Hinsdale Wave Research Laboratory, Oregon State University, OSU, voir Roeber et al.,2010 etRoeber et Chung, 2012)

Étude des tempêtes et de leur impact sur les plages de la côte basque

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Simulation numérique Navier - Stokes de la génération de tsunami par glissement de terrain

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Vague générée par un glissement de terrain influence de la forme initiale et de la déformabilité du glissement

Les glissements de terrain induits par des instabilités de pente sont fréquents dans les réservoirs d’eau mais peuvent également se produire en zones côtières. Cet article présente les résultats d’une étude portant sur l’influence de la forme et de la déformation de ce type de glissement sur les caractéristiques des vagues générées et les hauteurs d’inondation associées. L’approche repose sur un canal numérique basé sur un solveur Navier-Stokes VOF. Le glissement est simulé par un fluide newtonien. Les résultats montrent que la forme initiale du glissement a peu d’effet sur les caractéristiques finales des vagues mais influence l’inondation. En revanche, dans la gamme de glissements simulés, l’effet de la déformabilité est déterminant sur l’ensemble des paramètres de risque

Estimation of Irregular Wave Runup on Intermediate and Reflective Beaches Using a Phase-Resolving Numerical Model

Accurate wave runup estimations are of great interest for coastal risk assessment and engineering design. Phase-resolving depth-integrated numerical models offer a promising alternative to commonly used empirical formulae at relatively low computational cost. Several operational models are currently freely available and have been extensively used in recent years for the computation of nearshore wave transformations and runup. However, recommendations for best practices on how to correctly utilize these models in computations of runup processes are still sparse. In this work, the Boussinesq-type model BOSZ is applied to calculate runup from irregular waves on intermediate and reflective beaches. The results are compared to an extensive laboratory data set of LiDAR measurements from wave transformation and shoreline elevation oscillations. The physical processes within the surf and swash zones such as the transfer from gravity to infragravity energy and dissipation are accurately accounted for. In addition, time series of the shoreline oscillations are well captured by the model. Comparisons of statistical values such as R2% show relative errors of less than 6%. The sensitivity of the results to various model parameters is investigated to allow for recommendations of best practices for modeling runup with phase-resolving depth-integrated models. While the breaking index is not found to be a key parameter for the examined cases, the grid size and the threshold depth, at which the runup is computed, are found to have significant influence on the results. The use of a time series, which includes both amplitude and phase information, is required for an accurate modeling of swash processes, as shown by computations with different sets of random waves, displaying a high variability and decreasing the agreement between the experiment and the model results substantially. The infragravity swash SIG is found to be sensitive to the initial phase distribution, likely because it is related to the short wave envelope

Modélisation numérique de l'impact des tempêtes sur une plage de poche partiellement aménagée

International audienceLa protection des zones côtières contre les vagues de tempête peut être assurée soit de façon naturelle, dans le cas de la présence d'un cordon dunaire, soit par des ouvrages maritimes sur les sites anthropisés. La plage de Zarautz, située au fond d'une baie, sur la côte basque espagnole, présente les deux types de protection sur un même linéaire. Des études récentes, basées sur l'analyse d'images vidéo et de levés topographiques réalisés avant et après une séquence de tempêtes, ont mis en évidence des variations morphologiques distinctes en fonction du niveau d'anthropisation de la plage. Afin de mieux comprendre la réponse de ce type de plage hybride à des événements fortement énergétiques, un modèle morphodynamique a été mis en place. Cette étude présente dans un premier temps la calibration du modèle en se basant sur un événement particulier ayant eu lieu en février 2012. Les résultats des simulations réalisées avec les paramètres optimaux, sont ensuite analysés en considérant différents secteurs de plage. L'étude présente ensuite les différentes phases d'évolution du profile de plage et du cordon dunaire au cours de la séquence de tempêtes

Effects of a groyne field on inner bar dynamics: Anglet, France

Groynes are usually designed to limit beach erosion by mitigating longshore sediment transport. However, little is known about their side effects on inner-bar morphodynamics in double sandbar systems. While most of the studies are focused on natural systems where the outer-bar morphology drives inner-bar dynamics (offshore to nearshore process), this work focuses on the role of groynes on the inner bar dynamics (nearshore to offshore process). The study is based on 3-years field observations carried out at the beach of Anglet in the south-west of France. This engineered beach is 4 km long, limited by a rocky headland in the south and a 1 km long jetty at the entrance of the Adour river in the North. The study area concerns the south part of the beach and includes a series of four groynes, unevenly spaced and extending about 100 m seaward. Morphology changes observations were derived from images collected with a video system (http://sirena.univ-pau.fr/), and bi-annual topo-Bathymetric surveys. A special attention was paid to study the mechanisms controlling the observed morphology changes using the XBeach numerical model. Data analysis reveals that the study site is dominated by a double sandbar system. Both bars can evolve from reasonably alongshore-uniform to crescentic bars. Surprisingly, the beach may show episodes where the inner bar evolves from alonghsore uniform to non-uniform despite an alongshore uniform outer bar. Numerical results corroborate that the formation of inner bar crescentic features can be formed without the presence of an outer non-uniform bar under certain wave conditions for the study site. This study shows that inner bar evolution in the presence of groynes can be controlled by topographic rip channels and not only by morphological coupling as usually observed on natural double sandbar systems