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1. 20 4 327 22 0 449 17 1 848 313 503 La section V2 V3 se situe en moyenne un niveau de 2 10 m et la section V3 V4 un niveau de 2 67 m La r partition de l nergie a t illustr e en s parant le spectre en quatre domaines contenant chacun un certain pourcentage de l nergie totale des vagues 62 La Fig 23 illustre l att nuation de la hauteur des vagues pour diff rentes simulations le niveau de l eau tait diff rent Pour tous les bursts consid r s Tableau 8 l nergie des vagues se propage plus efficacement lorsque le niveau de Niveau d l eau m Fig 23 Mod lisation de cinq bursts en ne changeant que le niveau de l eau L att nuation est plus bas Cet effet s explique d termin e par la hauteur significative V4 divis e par celle V2 L toile repr sente la hauteur de la colonne d eau r el du burst l eau est plus lev que lorsqu il est facilement par le fait que lorsque le niveau de l eau est trop haut la vitesse orbitale de l eau induite par les vagues est plus faible au niveau de la v g tation En effet la vitesse orbitale diminue de fa on exponentielle avec la profondeur q 2 14 Du m me coup la dissipation de l nergie caus e par la force de train e engendr e par l coulement de l eau au travers la v g tation se voit grandement diminu e Le contraire se produit lorsque le niveau de l eau est abaiss la v
2. Diminution jusqu 29 de la hauteur des vagues sur 4 m 11 7 m 45 61 de r duction sur 258 m a 432 m 274 m Diminution de 2 50 de la hauteur de vagues selon les conditions 63 de r duction sur 200 m a 201 m donn e de Moeller et al 1996 Lovas et Torum 2001 Maquette en laboratoire chelle 1 10 Plantes artificielles Laminaria hyperborea Profil vertical de vitesse avec des ADVs L amplitude des vitesses diminue dans la v g tation et au dessus M ller et Spencer 2002 Spratt et al 2005 Essex Angleterre Freiston Angleterre ster Suaeda Puccinellia Salicornia Limonium Spartina anglica entres autres Cooper 2005 Wash Angleterre Maller 2006 Dengie Peninsula Angleterre Salicorinia europaea et Suaeda maritima Spartina anglica Capteurs de pression dispos s sur deux transects 87 de r duction sur 163 m a 80 m Capteurs de pression dispos s sur plusieurs transects 87 de r duction sur 140 m a 68 6 m Capteur de pression dispos sur plusieurs transects Capteurs de pression dispos s sur trois transects 94 3 de r duction sur 300 m et 69 0 de r duction sur 250 m a 105met213 m R duction de 2 7 sur 10 m a 495 m 138 m Neumeier et Amos 2006 Widdows et al 2008 Freiston Shore Angleterre Tavy estuary Angleterre Spartina
3. KWAVE IS KMINUS K 2 KSIG DO 370 IH 1 NBLOCAL boucle en z IF ABS KMINUS LE 0 01 THEN pour pas divise par 0 SINH_KMINUS H IH ELSE SINH KMINUS SINH KMINUS H IH KMINUS ENDIF B IH SPCSIG IS SINH K DEPTH SINH KPLUS H IH KPLUS SINH KMINUS 2 SINH K H IH K D VEGCV LOCAL IH B IH B IH 1 diffusion DO 360 IDDUM IDCMIN IS IDCMAX IS boucle de direction ID MOD IDDUM 1 MDC 1 IF AC2 ID IS KCGRD 1 NE 0 THEN verifier que AC2 egal pas 0 DSDD DDIR FRINTF SPCSIG IS 2 pour avoir l energie SBOTEO D SQRT 2 AC2 ID IS KCGRD 1 DSDD RHO GRAV ANYBIN ID IS TRUE ELSE SBOTEO 0 ENDIF ajoute le r sultat dans les matrices de dissipation IMATDA ID IS IMATDA ID IS SBOTEO DISSC1 ID IS DISSC1 ID IS SBOTEO VEGDISS TEMP ID IS VEGDISS TEMP ID IS SBOTEO CONTINUE fin boucle direction CONTINUE fin boucle en z CONTINUE fin boucle freq met a 0 les variables DUM DUM DISCO 0 DUM LEAKC1 0 appelle la routine qui calcul VEGDISS avec VEGDISS TEMP CALL ADDDIS VEGDISS DUM_LEAK AC2 ANYBIN DUM DISCO VEGDISS_TEMP DUM_LEAKC1 SPCSIG RETURN END SUBROUTINE fin de v g
4. NHz deg 4000 3000 2000 1000 0 Fig 14 Spectre directionnel des vagues mesur es en VI le 13 septembre 2007 4h00 HM La direction des vagues dir agues est d finie avec l q 2 11 et celle des vents dir m a t mesur e la station m t o de l Ile Rouge 0 10 10 N Hmo 0 124 m Hmo 0 138 m i Fee 0 302 Hz Fmo1 0 436 Hz e r y uf Ss J E N Hmo 0 088 m H mo 0 061 m Fmot 0 470 Hz Fro 0 576 Hz 2 S N P 2 5 7 a BED D Sg AN L e Uu fa 107 10 10 10 107 10 10 40 Frequence Hz Frequence Hz Fig 15 Spectre de vague pour les stations V1 V2 V3 et V4 et hauteur significative q 2 7 pour les mesures faites le 13 septembre 2007 4h00 La fr quence moyenne F est d finie comme tant T ai q 2 8 Tableau 4 Caract ristiques des vagues mesur es pour une s lection des bursts de l exp rience de terrain cf texte a V2 V3 a V3 V4 Hao F mo Hmo Fmoi Foi 06 sept 23 30 764 08 sept 13 00 608 09 sept 14 00 657 11 sept 15 30 967 12 sept 03 30 1176 12 sept 16 00 747 13 sept 04 00 590 13 sept 16 30 462 15 sept 17 30 1080 16 sept 05 30 683 16 sept 18 00 468 17 sept 18 00 755 23 sept 12 30 335 24 sept 01 00 848 26 sept 15 00 27 sept 15 30 28 sept 04 00 28 sept 16 00 01 oct 18 30 a est la distance pour que la hauteur
5. l nergie dissip e pour la fr quence f cet endroit Efo gt 1 b h b ha A 9 81 Annexe Syntaxe du fichier de commande afin d inclure la v g tation Ces commandes sont crites selon les conventions de SWAN qui sont expliqu es dans le manuel d utilisateur Les commandes sont utilis es pour d finir entre autre les grilles de calculs les param tres environnementaux et le format des fichiers des param tres d entr e et de sortie du mod le V g tation uniforme dans tout le domaine vegnb vegh 1 vegcv 1 vegh vegcv n VEGetation lt vegnb FILE fnames VEGetation Ce mot clef indique au mod le que les valeurs qui suivent vont servir param trer la v g tation Ceux ci seront consid r s comme tant constants dans tout le domaine de la grille de calcul vegnb La valeur qui suit le mot clef indique le nombre de divisions verticales de la v g tation Cette valeur doit tre un entier positif vegh 1 vegcv 1 vegh n vegcv n Les param tres de la v g tation sont ensuite d finis en commen ant par la hauteur la premi re couche vegh 1 et sont coefficient de tra n e vegcv 1 puis les couches suivante jusqu la couche vegnb FILE L utilisateur peut d cider de plut t d finir les param tres dans un fichier texte fnames Ce qui suit le mot clef FILE est le nom du fichier qui contient les param tres de la v g tation Ce f
6. lev e dans les stations sup rieures Fig l2c y donc une forte corr lation n gative entre la hauteur des plantes et leur densit au sol R 0 837 p lt 0 01 Il n y pas de tendance claire dans la distribution de la biomasse et le maximum se trouve la station veg3 Fig 12d Les photos prises aux stations vegl veg8 ont permis d obtenir la distribution verticale de l obstruction caus e par la v g tation Fig 13 La distribution de l obstruction de la v g tation le long du transect montre Fig 12e qu il y a une corr lation entre Hauteur m Hauteur m z 0 5 10 15 10 15 10 15 Obstruction de la v g tation m m Fig 13 Distribution verticale de l obstruction mesur e partir des photographies prises aux stations vegl veg8 Les courbes vertes repr sentent les mesures de terrain faites le 5 sept 2007 et les courbes noires illustrent les mesures faites le 5 oct 2007 La ligne rouge repr sente les deux couches d obstruction utilis e pour la mod lisation 34 l obstruction et la biomasse R 0 6922 p 0 01 Dans tous les cas le maximum de l obstruction se situe pr s du sol et pour les stations vegl veg6 il y a un deuxi me maximum vers 8 12cm Pour les stations veg5 et veg6 les mesures de l obstruction ont t r p t es un mois d intervalle et celles ci sont plus lev es le 5 octobre que celles prises un mois plus t t est donc possible que l obstruction de la
7. N Ris R C et Holthuijsen L H 1999 A third generation wave model for coastal regions 1 Model description and validation Journal of Geophysical Research Oceans 104 C4 7649 7666 Carniello L Defina A Fagherazzi S et D Alpaos L 2005 A combined wind wave tidal model for the Venice lagoon Italy Journal of Geophysical Research Earth Surface 1 10 F4 F04007 Castelle B et Bonneton P 2006 Modelling of a rip current induced by waves over a ridge and runnel system on the Aquitanian Coast France Comptes Rendus Geoscience 338 10 711 717 Chen S N Sanford L P Koch E W Shi F et North E W 2007 A nearshore model to investigate the effects of seagrass bed geometry on wave attenuation and suspended sediment transport Estuaries and Coasts 30 2 296 310 Cooper N J 2005 Wave dissipation across intertidal surfaces in the Wash tidal inlet eastern England Journal of Coastal Research 21 1 28 48 Coops H Geilen N Verheij H J Boeters R et van der Velde G 1996 Interactions between waves bank erosion and emergent vegetation An experimental study in a wave tank Aquatic Botany 53 3 4 187 198 D Amours O et Scheibling R E 2007 Effect of wave exposure on morphology attachment strength and survival of the invasive green alga Codium fragile ssp tomentosoides Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 351 1 2 129 142 Danard M Munro A et Murty T 2003 Storm
8. a mar e haute lors des mar es de morte eau Une simulation a t faite dans 1195 1 45 Avec v g tation Sans v g tation un milieu d pourvu de v g tation et oe I 0 une autre dans un milieu avec de la Z 06 1 D H o v g tation Dans les deux cas la f 64 hauteur significative des vagues au 0 2 niveau de la station V2 tait de 1 08 0 m tre Donc avant m me d tre en 3 Station 4 Fig 28 Hauteurs significatives relatives des vagues au contact avec la v g tation les vagues niveau des stations et V4 H4 Haat V4 lors d une simulation de forte temp te La hauteur des vagues l le Verte est de 3 m tres la p riode est de 6 secondes et le niveau de l eau 5 5 m tres au dessus du z ro des cartes ont subi une att nuation de 64 Par la suite dans le cas o il n y avait aucune v g tation les vagues sont arriv es la station V3 avec 81 5 de leur hauteur et elles poss daient 65 9 de leur hauteur la station V4 Pour ce qui est du milieu avec une v g tation aquatique les vagues avaient 47 3 de leur hauteur leur arriv e la station V3 et 39 7 de leur hauteur la station V4 L att nuation des vagues est donc plus importante dans un marais qui poss de une couverture v g tale Un second sc nario a t fait avec des conditions de forte temp te plus violente Fig 28 La hauteur des vagues au niveau de l l
9. par kmo q 2 15 La z d h a H 2 O Ongi 2 o 79 H cosh K 4 gt Uus A mono gt Si A 3 242 sinh k 4 Pour uy A l il suffit de calculer la vitesse avec les caract ristiques sp cifiques la vague de fr quence f asa OZO k s k o cosh kA h AA h a o sinh k d En rempla ant les vitesses dans l quation de dissipation de l nergie celle ci deviens 2 h _ 1 _4 geg 2 Li 5PCoi4 1 echte k h dh 5 Pour calculer l int grale il faut remplacer les cosh en utilisant les quations g n rales cosh 4 5 c0sh 24 cosh B cosh C cosh 8 C cosh 8 CH Cela donne donc que gt cosh k h cosh k h cosh k 2k h cosh k 2k A A 6 cosh kh 80 Il est alors facile de calculer cette int grale il s agit de l addition de trois cosh En b x b g n ral cosh kx dx a sinh kx k L quation compl te devient donc 2 _1 D ay 0 e L 3P Co 1 sinh k 2k h sinh k 2k h 2sinh k 2k kh M e h A 7 hia L nergie dissip e pour une fr quence f dans la couche horizontale L est donc A 8 E L ca C b 4 2 A 1 4 C5 A sinh k 2k k 2k k avec b h 0 0 Il suffit de faire la somme des nergies dissip es pour chaque couche pour avoir
10. r alis es le 12 NOG ES 06 septembre 2007 en une s rie de 05 PN G 1 1 A ee Str En V transects perpendiculaires la c te Ni z 1S 5 Ra espac s de 200 m Sur chacun d eux c TE 0 E les mesures ont t faites chaque 02 04 06 08 lem 12 Fig 3 Topographie de la grille 2 mesur e en 2007 40 m ou lors d un changement notable Celle ci est divis e en mailles de 35 m Altitude en m tre partir du niveau moyen de la mer qui dans la topographie du secteur Une est situ 2 4 m au dessus du z ro des cartes marines carte topographique a t r alis e partir de ces points avec le logiciel MATLAB Fig 3 Cette carte est repr sent e num riquement par une matrice de 40 par 39 cellules carr es dont chacune mesure 35 m de c t 12 Pour la r gion situ e entre la c te et l Ile Verte une num risation de la carte marine Fig 1 a t utilis e afin d obtenir la position de points de sondage et des isobathes La topographie est repr sent e num riquement par une matrice de 114 par 85 cellules de 70 m de c t Toutefois les isobathes n tant pas des mesures directes mais des r sultats extraits d analyse de donn es la fiabilit de ceux ci est incertaine I est possible que les donn es d origine directement mesur es dans cette baie aient t peu nombreuses tant donn le manque d accessibilit par voie maritime ou que la bathy
11. tation 81 Annexe C Code FORTRAN de la routine de la v g tation 84 Remerciements Cette ma trise a t faite sous la direction du professeur Urs Neumeier dont l aide et le soutien furent essentiels l accomplissement de ce travail L Institut des sciences de la mer de Rimouski m a aussi accord un pr cieux soutien technique et logistique J aimerais aussi remercier feu Fran ois Saucier mon co directeur pour ses pr cieux conseils son aide logistique et les pr cieuses donn es du mod le STLE400 L aide de Simon Senneville m a aussi permis de passer au travers plusieurs probl mes techniques Les pr cieux conseils de Pierre St Laurent furent aussi d une aide indispensable Tous mes remerciements l intention de Gilles Desmeubles et Sylvain Leblanc pour leur aide sur le terrain Merci aussi Serge Labont de nous avoir donn l autorisation d effectuer les travaux de terrain dans la r serve nationale de faune de la Baie de l Isle Verte Finalement ce travail a t fait gr ce au financement du CRSNG Tableau Tableau 2 Tableau 3 Tableau 4 Tableau 5 Tableau 6 Tableau 7 Tableau 8 vi Liste des tableaux Revue de la litt rature des tudes qui mettent en vidence l att nuation des vagues la eee 3 Caract ristiques des stations V1 V4 Un ADCP a t install a la station VI et trois houlographes ont t ins
12. 3 m s et le niveau de l eau tait de 3 9 m tres Pour les vagues de p riode d une seconde et moins il n y a pratiquement pas de diff rence entre les simulations avec et sans v g tation Pour les p riodes sup rieures une seconde les simulations sans v g tation montrent que l att nuation est peu de choses pr s nulle entre les stations V2 et V4 Par contre en pr sence de v g tation l att nuation devient importante et partir des p riodes de trois secondes il ne reste que 10 de la hauteur de la houle incidente L att nuation caus e par la v g tation est donc plus grande lorsque la p riode des vagues est lev e Les vagues de longue p riode ont aussi une grande longueur d onde q 2 15 et de ce fait la vitesse orbitale de l eau produite par ces vagues se propage davantage vers le fond q 2 14 La force de train e induite par le mouvement de l eau est donc plus 67 marqu e et du m me coup l nergie des vagues est davantage dissip e Le comportement de l att nuation des vagues est donc conforme ce que l on peut s attendre car la Fig 26 montre que les vagues poss dant une p riode d oscillation plus longue se sont propag es avec une nergie bien moins grande que les vagues qui avaient une p riode plus courte Dans une tude de Wayne 1975 celui ci arrive en effet a la conclusion que la dissipation des vagues de grande p riode est quivalente a la dissipation de plus petites v
13. De m me la commande CGRID est utilis e afin de d finir la taille de la grille de calcul le nombre de divisions en x et en y son angle par rapport au nord et le domaine de fr quence des vagues simul es La fa on d inclure la v g tation dans une simulation d taill e dans l annexe B est diff rente si celle ci est constante partout sur la grille ou si elle est variable D une part le mot clef VEGETATION permet de d finir les param tres de la v g tation sur l ensemble de la grille Ces param tres sont le nombre de divisions verticales vegbn la hauteur vegh et la constante de tra n e vegcv de chaque couche D autre part si la v g tation est variable sur la grille il faut utiliser le mot clef INPgrid suivi de du mot clef secondaire VEGEt ation Cette commande est utilis e afin de d finir la grille d entr e le nombre et la taille des cellules l angle de la grille selon l axe des x etc des valeurs donn es aux param tres de la v g tation VEGH et VEGCV INPgrid est aussi utilis e pour tablir la bathym trie le courant le vent ou le niveau de l eau dans le cas le niveau varie dans le domaine Par la suite la commande READinp suivie encore par VEGEtation d finit entre autres le nom du fichier qui contient les valeurs dans quel ordre elles sont plac es dans le fichier idla et leur format ASCII ou binaire En utilisant les mots clefs INPgrid et READinp il est donc possible de restrein
14. F h u la force de tra n e hey vitesse maximale pour les vagues f 2 de fr quence f q 2 14 m s b f 2 i J 2 P Coi4 K 0 u h dh h hauteur d une couche m Urms Vitesse rms de l eau m s En faisant la somme de la dissipation calcul e dans chaque couche verticale on obtient l nergie dissip e pour chaque fr quence dans chaque cellule Le coefficient de tra n e Cp est ind termin et sa valeur sera d finie exp rimentalement lors de la calibration du mod le section 2 3 et 3 3 L aire perpendiculaire au courant 4 est estim e comme tant gale l obstruction verticale volumique O q 2 1 moyenne dans la couche Li En faisant appel l quation d action q 2 12 utilis e par SWAN il est possible d int grer sur l ensemble de la surface du marais le nouveau terme de perte d nergie caus e par l interaction entre les vagues et la v g tation cl EI 24 Programmation Le fonctionnement de SWAN peut se r sumer en six tapes principales Fig 8 1 lire les param tres d entr e m vagues dans chaque cell T Calcule des sources et des pertes topographie vent courants conditions aux fronti res 2 calculer le spectre de vagues initial dans chaque cellule 3 calculer les sources et les pertes dont la v g tation 4 calculer les nouveaux spectres de vagues en Fig 8 Sch ma du fonctionnement de SWAN pour les
15. GO INA db D 84 Annexe C Code FORTRAN de la routine de la v g tation SUBROUTINE VEGENL DEP2 SPCSIG 2 DISSC1 TMATDA IDCMIN IDCMAX ISSTOP USE SWCOMMVEG Contient VEGNB VEGH VEGCV VEGH2 VEGCH2 VEGDISS USE SWCOMM3 USE SWCOMM2 Contiens MDC MSC FRINTF VARVEG IMPLICIT NONE variable en argument INTEGER VEGNB nombre de divisions en z INTEGER MDC nombre de division en teta INTEGER MSC nombre de division en freq REAL FRINTF df f REAL VEGH VEGNB hauteur de chaque cell REAL VEGCV VEGNB coeff Cv de chaque cell REAL VEGH2 MCGRD VEGNB hauteur des cell lus avec READinp REAL VEGCV2 MCGRD VEGNB coeff de train lus avec READinp REAL VEGDISS MCGRD dissipation due a la v g tation LOGICAL VARVEG si la v g oui non est variable dans l espace INTEGER INTENT IN ISSTOP max en fr q INTEGER INTENT IN IDCMIN MSC IDCMAX MSC Min et Max du domaine angulaire REAL INTENT IN DEP2 MCGRD Depth DEP2 doit tre DEP2 KCGRD 1 pointer REAL INTENT IN SPCSIG MSC fr quence angulaire REAL INTENT IN KWAVE MSC nombre d onde REAL INTENT IN AC2 MDC MSC MCGRD action density local REAL INTENT INOUT DISSCI MDC MSC Coefficient de dissipation REAL INTENT INOUT IMATDA MDC MSC Coefficients diagonale de la matrice variable local INTEGER IH compteur en z INTEGER IDDUM compteur de direction INTEGER ID
16. Verte alors que la litt rature pr sente des valeurs de a entre 10 7 m et 495 m Ce qui signifie que l att nuation caus e par la v g tation s tait r v l e plus grande lors de ces tudes que dans la pr sente recherche I faut noter que dans la plupart de ces tudes les mesures ont t faites sur de courtes distances aussi peu que 4 m pour Coops et al 1996 De plus la taille moyenne de la v g tation sa densit et le type de plante sont diff rents au cours de ces exp riences et Cooper 2005 a montr que ces facteurs affectent grandement l att nuation de vagues Sans oublier que l ensemble des travaux pr sent au Tableau ont t fait dans des r gions temp r es ce qui fait en sorte que les vari t s de plantes sont sans doute diff rentes de m me que leur densit et leur taille Il faut donc prendre ces facteurs en consid ration lors d une comparaison entre les pr sentes mesures et les autres travaux 54 4 2 Validit de l analyse math matique L analyse math matique de l interaction entre l eau et la v g tation sert de base la construction de la nouvelle routine Celle ci se doit d tre appropri e a la situation pr sente de par sa justesse et son caract re mod lisable Le concept de force de tra n e q 2 13 s applique lorsqu un objet est en mouvement dans un fluide quelconque Young et al 2004 Dans le cas de plantes aquatiques submerg es par l eau cette notion s applique
17. compteur de direction INTEGER IS compteur de fr quence INTEGER NBLOCAL division max de v g tation local REAL DEPTH profondeur local REAL VEGH_LOCAL VEGNB hauteur des cell local cette cellule 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 85 REAL VEGCV_LOCAL VEGNB coeff de train des cells local REAL SBOTEO dissipation par freq et dir temp REAL ETOT 1 nergie total m0 temp real EATOT autre fa on que ETOT pour calculer m0 REAL EFTOT nergie freq total m2 temp REAL EADD densit d nergie dteta df temp REAL HSIG hauteur significative calculer REAL USIG amplitude urms significative HSIG 2 sqrt 2 REAL TSIG p riode significative calculer REAL OMEGASIG fr quence angulaire significative 1 TSIG REAL KSIG nombre d onde significatif REAL NULLCG NULLN NULLND dummy variable pour la routine KSCIP1 REAL K nombre d onde temp REAL KPLUS K 2 KSIG dans coeff b REAL KMINUS K 2 KSIG dans coeff b REAL SINH KMINUS sinh kminus depth dans coeff b REAL C coeff c ds coeff b REAL D diffusion sans Af pour une freq et un teta temp REAL DSDD ACL DSDD nergie REAL VEGDISS TEMP MDC MSC dissipation dynamique due a la v g tation temp REAL DUM LEAK MCGRD DUM DISCO MDC MSC DUM LEAKCI MDC MSC du
18. de simulation sur les vagues de petites p riodes peuvent donc ne pas tre prises en consid ration 60 Il y a aussi une diff rence entre la r alit et le mod le pour la hauteur des vagues la station V2 alors que les vagues qui s y trouvent n ont pas encore t en contact avec la v g tation Cet cart doit donc tre le r sultat de sources d erreur qui se situent en dehors du marais La principale difficult dans la mod lisation mis part la v g tation est la difficult d finir la topographie dans la zone subtidale Celle ci est plut t changeante irr guli re et difficilement mesurable et l effet de la microtopographie est difficile int grer au mod le De plus la zone situ e au large de la station V2 n tait pas d pourvue de v g tation un herbier Z marina se trouvait cet endroit et ce type de v g tation n a pas t consid r dans le nouveau mod le Ainsi il est possible que ces erreurs sur la topographie fassent en sorte que le mod le num rique sous estime la friction produite par le fond et dans ce cas la hauteur des vagues simul es y est plus grande qu en r alit Les carts entre les simulations et les mesures de terrain qui se produisent dans la zone situ e avant la station V2 n ont pas t pris en consid ration dans les simulations qui ont t faites seulement au niveau du marais Fig 17 Les comparaisons entre les deux spectres de la Fig 19 pr sentent donc un cart mo
19. g tation Bien que ce mod le th orique donne des r sultats int ressants le fait qu elle ne tienne pas compte de l h t rog n it verticale des plantes fait en sorte qu elle est difficilement utilisable dans un mod le num rique s appliquant aux zones c ti res Une tude de Kobayashi et al 1993 fut l une des premi res tenter de d terminer th oriquement la valeur du coefficient d att nuation caus par la pr sence de v g tation Pour ce faire ils ont fait l analyse math matique de la force de train e caus e par la couverture v g tale et ils en ont par la suite d duit la perte d nergie des vagues Afin de simplifier leurs calculs Kobayashi et al 1993 ont entre autres utilis la force de train e moyenne sur une p riode d oscillation au lieu de faire ces calculs de facon continue Ils ont aussi fait leurs calculs pour des vagues monochromatiques ce qui permet d obtenir une solution analytique de l att nuation des vagues en fonction des caract ristiques de la v g tation Par contre cette tude n est pas en mesure d inclure les autres ph nom nes qui agissent lors de l att nuation de l nergie des vagues Ce qui n est pas le cas d une autre tude effectu par M ller et al 1999 qui inclut l att nuation des vagues caus e par la couverture v g tale aux autres sources de dissipation de l nergie telles la friction avec le fond le d ferlement des vagues et les variations de la topographie Cepe
20. la v g tation a 10 cm Tableau 3 Caract ristiques des stations vegl veg8 L altitude a t d termin e partir du relev topographique Station X Distance Altitude Hauteur Biomasse Densit de partir partir du cm plantes de V2 z ro des plants m m cartes m 393540 73 5324939 80 i S 67 98 393592 82 5324903 78 110 41 393647 29 5324846 50 176 35 393703 89 5324797 30 83 65 393760 39 532474810 101 13 393816 99 5324698 90 108 73 393873 59 532464970 130 45 393928 31 5324598 60 67 22 La hauteur est d finie comme tant la hauteur moyenne des 5 plus grandes plantes parmi chaque chantillon La biomasse a t pes e en laboratoire apr s que les plants aient t s ch s Le principe de la seconde m thode est de prendre une photographie num rique de la v g tation devant un arri re plan rouge l aide du montage illustr la Fig 4 Neumeier 2005 Ce clich illustre la distribution verticale de la couverture v g tale sur une certaine paisseur a de 10 cm pour cette exp rience En utilisant un logiciel de traitement d image Image Pro Express 6 0 les pixels de l image qui composent la v g tation ont t diff renci s num riquement de ceux constituant l arri re plan Chacune des photos a t convertie en image binaire de pr sence absence de v g taux Fig 5 L obstruction v
21. marais sal La Fig 24 pr sente le changement de l att nuation provoqu par le changement de densit de la couverture v g tale Comme on peut s y attendre l nergie des vagues est moins grande lorsqu il y a davantage de v g tation En effet pour tous les bursts simul s la hauteur des vagues diminue au fur et mesure que l on augmente la densit de la v g tation Par contre DE 05 1 15 2 Ration de ta densit v g tale Do m par rapport celle mesur e l effet des variations de la densit Fig 24 Mod lisation de cinq bursts en ne changeant que la densit de la v g tation L att nuation est d termin e est plus important lorsqu il y a peu par la hauteur significative V4 Hy Hmo V4 divis e par celle V2 H Hmo V2 La droite verticale repr sente la densit mesur e densit 1 de v g tation et cet effet se 64 stabilise lorsque la couverture v g tale est plus importante La densit de la v g tation a donc un certain effet mais cet effet plafonne au moment la densit est plus importante Dans les marais situ s sur les berges de l estuaire du St Laurent la densit de la v g tation est souvent relativement faible dans la zone a Spartina alterniflora Ces simulations sugg rent en revanche que cette v g tation clairsem e suffit pour att nuer les vagues de mani re significative Lors d une tude de Fonseca et Cahalan 1992 qui
22. nom ne de vagues particulier par exemple la friction des vagues avec le fond Bien que cela donne de bons r sultats il reste qu en proc dant ainsi il est possible que la forme des spectres simul e soit diff rente de ceux mesur s En effet les carts positifs peuvent compenser ceux n gatifs pour donner des m mes valeurs de Hmo et de Tmo m me si les courbes des spectres diff rent La Fig 18 pr sente les deux courbes qui ont t utilis es lors de la calibration des bursts 846 850 En raison de la m thode de calibration avec rmse ces courbes sont proches l une de l autre surtout pour la partie entre 0 1 Hz et 0 5 Hz Pour certains bursts la station V4 l cart entre le spectre simul et celui mesur reste quand m me important malgr la minimisation de cet cart Cela est probablement d l accumulation des erreurs de mod lisation le long du parcours entre V2 et V4 tant donn que le trajet entre V2 et V3 est moins grand ces erreurs sont moins apparentes sur les courbes de la station V3 la Fig 18 Comme r sultats de ces calibrations les valeurs de Cp sont de 0 0637 et de 0 235 pour les sections V2 V3 et V3 V4 respectivement Lors de travaux similaires les valeurs de Cp obtenues par Mendez et al 1999 se situaient entre 0 09 et 1 55 Ces valeurs ne sont donc pas beaucoup plus 59 lev es que celle obtenue pour la section V2 V3 mais il est possible que la valeur de Cp change en fonction de l esp c
23. r duite avec ou sans Domaine large 47 Afin de mieux valuer l efficacit de l ensemble du mod le une simulation a t faite en utilisant la grille 2 avec les conditions a sa fronti re d termin e par les simulations de la grille 1 qui elle a les mesures de la station V comme conditions fronti re La Fig 21 illustre les vagues simul es pour la p riode du 13 septembre 2007 4h00 avec les trois courbes valeurs mesur es simul es seul et simul es avec v g tation En comparaison avec la carte de la Fig 16 en pr sence de v g tation la hauteur significative diminue plus graduellement a l approche de la c te videmment le spectre de vagues reste inchang la station V2 car le marais sal d bute apr s cette station Les vagues ne rencontrent donc aucune v g tation avant d arriver a cette o Densite spectrale m Hz 10 10 10 Frequence Hz H mo 0 050 m H mo 0 113 m H mo 0 049 m 10 Densite spectrale m Hz 10 H mo 0 183 m H mo 0 191 m 5 H mo 0 126 m 10 10 10 10 10 Frequence Hz 0 10 V4 H no 0 050 m H mo 0 113 H mo 0 049 m 10 5 mo 10 10 10 10 Frequence Hz Fig 21 Mod lisation du 13 septembre 2007 4h00 HM en consid rant la v g tation et en utilisant la grille normale Fig 17 La carte de la grille 2 illustre la hauteur significative La courbe noire repr sente les r
24. significative ait diminu d un facteur e 2 7183 calcul e entre les deux stations distance d att nuation 9g 37 Le Tableau 4 montre les caract ristiques des vagues mesur es par ADCP et les trois houlographes a certains bursts lors de l exp rience de terrain Ces bursts sont tous sensiblement aux m mes heures de mar e soit HM 2 deux heures avant la mar e haute le plus souvent c est ce moment que les vagues taient les plus pr sentes Dans tous les cas la hauteur significative est plus petite a VI qu V2 Ce ph nom ne peut tre d l augmentation de la hauteur des vagues lorsque le train d ondes arrive dans une zone moins profonde shoaling Ce ph nom ne est g n ralement bien mod lis par SWAN comme le montre la Fig 6 o la hauteur des vagues augmente lors de leurs progressions vers la rive Par contre la hauteur des vagues diminue de V2 a V4 avec diff rente att nuation sauf pour le burst 1022 ou les vagues sont plus hautes V3 qu a V2 La distance d att nuation est la distance pour que la hauteur significative ait diminu d un facteur 2 7183 calcul e entre les deux stations en supposant que l att nuation des vagues se fasse de fa on exponentielle a distance d att nuation entre les stations a et b X distance en m tre partir de a vers la station b Ho a Hauteur significative la station a 5 H a el
25. simul es en consid rant la v g tation 46 La Fig 20 illustre graphiquement la relation entre les valeurs mesur es et celles simul es La station V2 n est pas illustr e ici car par d finition la hauteur significative simul e est gale a la hauteur significative mesur e les simulations ont t faites avec la grille r duite Fig 17 A la station V3 la pente de la courbe de tendance tait de 1 48 et elle pass e 1 08 avec l ajout de la v g tation De plus le coefficient de d termination R est pass de 0 873 0 902 A la station V4 la pente de la courbe de tendance tait de 2 16 et elle pass e 1 35 avec l ajout de la v g tation De la m me facon qu V3 le coefficient de d termination R la station V4 est pass de 0 513 0 902 V3 Sans v g tation A Avec Vegetation y 1 4826x 0 0075 y 10739x 00046 p 30 R 08725 DESEN 0 25 0204 E 2 0 15 0 fae S 0 10 a a 0 05 CE 1 A 0 00 0 00 0 05 0 10 0 15 0 20 0 25 0 30 mesur es la v g tation pour les stations V3 et V4 Hauteur simul es Sans V g talion A Avec v g tation y 21615 0 0351 13471x Q Y R 0 5131 Ri 0 992 0 05 0 10 0 15 0 20 Hauteurs mesur es 0 25 g 20 Comparaison entre les hauteurs significatives mesur es et simul es avec la grille
26. t test e avec des mesures effectu es dans un canal houle L implantation de cette solution un mod le num rique c tier reste difficile Li et Yan 2007 ont pour leur part d velopp un mod le hydrodynamique en trois dimensions qui permet de pr dire le comportement de l eau en contact avec la v g tation en traitant eux aussi la v g tation comme une source de dissipation de l nergie des vagues Les vagues y sont par contre trait es de fa on monochromatique Vo Luong et Massel 2008 ont r cemment r ussite a faire l analyse compl te de la progression du spectre de vagues dans une for t de mangrove en analysant la dissipation des vagues engendr e par leur d ferlement et le contact de l eau avec les troncs et les racines de mangrove Ils ont aussi t en mesure de valider leurs mod les analytiques de cette dissipation en effectuant des mesures sur le comportement des vagues dans une for t de mangrove situ e au Vietnam Par contre il n existe encore aucun mod le qui soit en mesure de mod liser le comportement du spectre complet de vagues lors de sa progression dans un marais sal L objectif de ce travail est donc de construire un mod le num rique qui permettra de simuler la progression des vagues dans un milieu o il y a de la v g tation Pour ce faire il a d abord fallu analyser l interaction des vagues avec la v g tation de facon math matique Dans cette analyse la dissipation de l nergie a t calc
27. tapes a 6 La routine de la v g tation s int gre aux calculs des diff rentes sources tenant compte des sources et des pertes 5 Es ee d nergie a l tape 3 refaire les tapes 2 4 4 avec les nouveaux spectres pour chaque it ration 6 calculer les param tres de sortie requis ex hauteur significative direction dominante la p riode moyenne etc Selon les exigences de l utilisateur SWAN peut fonctionner en mode stationnaire ou en mode non stationnaire En mode non stationnaire les tapes 2 a 4 sont r p t es pour chaque pas de temps avec possiblement de nouvelles conditions environnementales Dans le mode stationnaire les tapes 2 4 4 sont r p t es avec les m mes conditions jusqu a ce que la houle atteigne un certain tat d quilibre Avant de lancer une simulation l utilisateur doit pr parer un fichier de commande Ce fichier sert d finir la grille de calcul les variables environnementales les ph nom nes physiques a calculer et leurs param tres ainsi que les param tres calcul s a la sortie de la simulation Le fichier de commande peut aussi contenir des r f rences vers des fichiers 25 ASCII qui contiennent certains param tres comme la bathym trie SWAN d code les diff rentes commandes en rep rant les mots clefs pr d finis et leurs param tres associ s Par exemple WIND vel dir signifie que la simulation s effectuera avec un vent de vitesse vel dans la direction dir
28. vegetation This routine calculates the drag force caused by the movement of water in the vegetation over the entire canopy height These calculations are repeated for each wave frequency and for each wave propagation direction Field measurements were recorded at the Isle Verte marsh to calibrate the parameters of the new routine When dissipation by the vegetation was ignored the waves height generated by the SWAN model was generally three times higher than the actual measurements at the most landward station in the saltmarsh When the new routine was added to the model simulated wave heights were only 6 higher than the measured heights The results showed a wave energy dissipation of 37 to 88 and this dissipation was primarily due to wave attenuation by the vegetation over 566 metres Several simulations of the SWAN model with the new routine were made to determine the influence of different parameters on the dissipation such as water level vegetation density and wave period These model results confirmed preliminaries mathematics analyses These results will be useful in future studies to better simulate the hydrodynamics in saltmarshes and to understand the sedimentary dynamic in these environments Tables des mati res R SUM 0 eee ccc ecccesesececccccnansevsccecccccceceuauauausensscecesauavavsrsccesecsesseauavaeserececesseaurerereesrans il Tables des mati res iii 111 REeMercieMeNlS cccccccscccecicacanc
29. 0 063 0 049 0 267 0 102 0 026 0 236 0 037 846 847 0 069 0 264 0 122 0 267 0 240 0 127 0 035 848 0 130 849 0 139 0 160 0 065 0 169 0 043 0 035 1020 0 048 0 036 0 036 0 035 1118 0 095 0 233 0 077 0 222 1124 0 092 0 047 0 050 0 016 1217 0 187 0 155 0 089 0 042 1219 0 110 0 141 0 060 0 068 1221 0 051 0 109 0 052 0 087 0 080 0 027 Les burst 846 850 ont t utilis s pour Ja calibration V2 esans v g tation 50 Hauteurs simul es 0 00 T T T 0 00 005 O10 015 020 025 030 035 040 Hauteurs mesur es V4 0 40 0 35 0 30 2x 0032 0 25 06252 a 0 20 a 020 0 15 0 15 x 0 10 0 10 0 05 0 05 0 00 T 0 00 000 005 010 015 020 025 0 30 O35 040 0 Hauteurs mesur es Sans V g talion a Avec v g tation 9 y 3 0991x 0 0858 R 0 3761 Gees 0 7511 00 0 05 T T 010 015 020 025 030 035 O40 Hauteuis mesur es Fig 22 Comparaison entre les hauteurs significatives mesur es et simul es avec la grille normale avec ou sans la v g tation pour les stations V2 V3 et V4 Pour chacune des s ries de mesures une courbe de tendance a t
30. 1 M ller I Spencer T French J R Leggett D J et Dixon M 1999 Wave transformation over salt marshes A field and numerical modelling study from north Norfolk England Estuarine Coastal and Shelf Science 49 3 411 426 Mork M 1996 The effect of kelp in wave damping Sarsia 80 4 323 327 Morris J T 2007 Ecological engineering in intertidial saltmarshes Hydrobiologia 577 161 168 Neumeier U 2005 Quantification of vertical density variations of salt marsh vegetation Estuarine Coastal and Shelf Science 63 4 489 496 Neumeier U et Amos C L 2006 Turbulence reduction by the canopy of coastal Spartina salt marshes Journal of Coastal Research SI 39 433 439 Padilla Hernandez R et Monbaliu J 2001 Energy balance of wind waves as a function of the bottom friction formulation Coastal Engineering 43 2 131 148 Poulin P et Pelletier E 2007 Determination of ammonium using a microplate based fluorometric technique Talanta 71 4 1500 1506 He Quartel S Kroon A Augustinus P Van Santen P et Tri N H 2007 Wave attenuation in coastal mangroves in the Red River Delta Vietnam Journal of Asian Earth Sciences 29 4 576 584 Rogers W E Hwang P A et Wang D W 2003 Investigation of wave growth and decay in the SWAN model Three regional scale applications Journal of Physical Oceanography 33 2 366 389 Rogers W E Kaihatu J M Petit HAH Booij N et Holthuijs
31. 8 Van der Wal D Wielemaker Van den Dool A et Herman P M J 2008 Spatial patterns rates and mechanisms of saltmarsh cycles Westerschelde The Netherlands Estuarine Coastal and Shelf Science 76 2 357 368 Vo Luong P et Massel S 2008 Energy dissipation in non uniform mangrove forests of arbitrary depth Journal of Marine Systems 74 1 603 622 Watts C W Tolhurst T J Black K S et Whitmore A P 2003 In situ measurements of erosion shear stress and geotechnical shear strength of the intertidal sediments of the experimental managed realignment scheme at Tollesbury Essex UK Estuarine Coastal and Shelf Science 58 3 611 620 77 Wayne C J 1975 Sea and marsh grasses their effect on wave energy and nearshore sand transport M S Thesis Florida State University Tallahasee 135 pp Wayne C J 1976 The effects of sea and marsh grass on wave energy Coastal Research Notes 14 6 8 Widdows J Pope N D et Brinsley M D 2008 Effect of Spartina anglica stems on near bed hydrodynamics sediment erodability and morphological changes on an intertidal mudflat Marine Ecology Progress Series 362 45 57 Wood D J Muttray M et Oumeraci H 2001 The SWAN model used to study wave evolution in a flume Ocean Engineering 28 7 805 823 Wornom S F Allard R et Hsu Y L 2002 An MPI quasi time accurate approach for nearshore wave prediction using the SWAN code Part II Applications to wave hin
32. UNIVERSITE DU QUEBEC MODELISATION DE LA DISSIPATION DE L NERGIE DES VAGUES PAR LA VEGETATION DE MARAIS LITTORAL MEMOIRE PRESENTE A L UNIVERSIT DU QUEBEC A RIMOUSKI comme exigence partielle du programme de maitrise en oc anographie PAR NICOLAS LAMBERT JUIN 2009 UNIVERSITE DU QUEBEC A RIMOUSKI Service de la biblioth que Avertissement La diffusion de ce m moire ou de cette th se se fait dans le respect des droits de son auteur qui a sign le formulaire Autorisation de reproduire et de diffuser un rapport un m moire ou une th se En signant ce formulaire l auteur conc de l Universit du Qu bec Rimouski une licence non exclusive d utilisation et de publication de la totalit ou d une partie importante de son travail de recherche pour des fins p dagogiques et non commerciales Plus pr cis ment l auteur autorise l Universit du Qu bec Rimouski reproduire diffuser pr ter distribuer ou vendre des copies de son travail de recherche des fins non commerciales sur quelque support que ce soit y compris l Internet Cette licence et cette autorisation n entrainent pas une renonciation de la part de l auteur ses droits moraux ni ses droits de propri t intellectuelle Sauf entente contraire l auteur conserve la libert de diffuser et de commercialiser ou non ce travail dont il poss de un exemplaire R sum Les marais sal s sont des cosyst mes compos s de plantes halophyte
33. agues situ es dans une eau moins profonde La rande majorit de 8 J Avec v g tation T Sans v g tation l rosion des berges se produit lors de violentes temp tes qui ont lieu l automne Il est donc utile de simuler num riquement une TH et Mal He situation de temp te afin de mieux valuer l efficacit de la v g tation 3 Station 4 Fig 27 Hauteurs significatives relatives des vagues au niveau des stations V3 et V4 lors d une simulation de moyenne temp te He H o V2 vagues de ce cas bien pr cis A ce La hauteur des vagues l le Verte est de 3 m tres la p riode est de 4 secondes et le niveau de l eau 4 5 m tres au dessus du z ro des cartes dans la dissipation de l nergie des moment plusieurs facteurs peuvent influencer la hauteur des vagues qui se propagent vers le sommet du marais comme la hauteur des vagues provenant du large la p riode de ces vagues le niveau de l eau etc Pour un premier sc nario de moyenne temp te Fig 27 la hauteur des vagues au niveau de l le Verte tait de trois m tres leur p riode tait de quatre secondes Ce sont 68 la les conditions de moyenne temp te dans cette r gion de l estuaire Koutitonsky 1978 De plus lors de cette simulation les vents taient de 25 m s et le niveau de l eau tait de 4 5 m tres au dessus du z ro des cartes marines il s agit de la hauteur de l eau
34. ait d avoir une force de tra n e qui est ind pendante de la fr quence rend possible le calcul de la dissipation pour chacune des fr quences car autrement ce calcul serait difficile a faire de fa on num rique En effet si la force de train e d pendait d une fr quence la dissipation serait compos e non seulement d une partie propre a chaque fr quence la dissipation pour une fr quence serait gale a la vitesse orbitale de cette fr quence multiplier par la force de train e a cette m me ER fr quence mais aussi de dissipation r sultant du produit de la force pour une fr quence et la vitesse orbitale des autres fr quences Cela d coule du fait que la force de train e totale est la somme des forces de tra n e de chaque fr quence F f et que la vitesse orbitale totale est la somme des vitesses de chaque fr quence Ural gt uffa La dissipation totale serait donc compos e de deux sommations q 2 18 ce qui introduirait des produits crois s quand m n difficiles int grer aux calculs de la dissipation La v g tation est divis e verticalement en plusieurs couches avec pour chacune une densit v g tale consid r e comme tant homog ne Fig 7 Nous calculons la dissipation s par ment pour chaque fr quence et nous l int grons sur la hauteur de chaque couche q 2 18b les calculs d taill s sont pr sent s l Annexe A l nergie dissip e J s a e h
35. ajout e avec l quation correspondante x H mesur es y H simul es et le coefficient de d termination R 51 4 Discussion 4 1 Analyse des variables environnementales Lors des mesures de terrain la hauteur de vagues tait reli e a la vitesse du vent Fig 10 et ce lien est statiquement significatif R 0 48 p lt 0 01 Par contre plusieurs reprises des pisodes de forts vents n engendrent pas des vagues de forte amplitude Goda 2003 a d velopp une formule empirique qui permet de pr dire la hauteur de vagues en fonction des conditions de vents L un des param tres qui permet de faire ce calcul est le fetch qui est en fait la distance sur laquelle le vent agit et celui ci peut varier selon la surface d eau libre et le temps durant lequel ces vents se maintiennent I est donc normal que la vitesse des vents ne puisse elle seule d terminer l amplitude des vagues Dans le cas de la r gion de l le Verte les vents viennent majoritairement du sud sud est Fig 11 et dans ce cas le fetch est tr s court par rapport au transect V1 V4 ces vents arrivent de la terre ferme Dans ces moments les vagues ont donc une faible amplitude Pour ce qui est des vents en provenance du nord est ceux ci se trouvent dans l axe de l estuaire et ce moment le fetch est tr s long ce qui peut se traduire par des vagues d une bonne amplitude Par contre ces vagues en se r fractant sur la Rive Sud arrivent sur
36. ale de la v g tation en couches de L1 L2 s par es aux hauteurs hl hi 22 8 Sch ma du fonctionnement de SWAN pour les tapes 1 6 24 9 Sch ma du fonctionnement de la routine VegNL qui mod lise la dissipation parla v g tation cse 26 10 Variables environnementales mesur es lors de l exp rience de terrain du 5 sept au 9 oct 2007 cssc 30 11 Direction d o proviennent les vents pendant l exp rience 3l 12 Param tres environnementaux mesur s le long du transect V2 V3 V4 32 13 Distribution verticale de l obstruction mesur e partir des photographies prises aux stations vegl veg8 33 14 Spectre directionnel des vagues mesur es en V1 le 13 septembre 2007 4h00 Vill Fig 15 Spectre de vague pour les stations VI V2 V3 et V4 et hauteur significative q 2 7 pour les mesures faites le 13 septembre 2007 4 00 __ 35 Fig 16 Mod lisation du 13 septembre 2007 4h00 HM 36 Fig 17 Disposition des deux grilles de 5 41 Fig 18 Burst 846 850 du 23 septembre 23h30 au 24 septembre 1h30 utilis s pour calibrer le mod le avec la v g tation 43 44 Fig 19 Mod lisation du 13 septembre 2007 a 4h00 HM en consid rant la v g tation et en utilisant la grille r duite 45 Fig 20 Comparaison entre les hauteurs significatives mesur es et simul es avec la grille r duite avec ou sans la v g tation pour les stations V3 et V4 46 Fi
37. anglica Spartina anglica Profils des vitesses orbitales en utilisant un ADV Diminution de 10 20 de la vitesse orbitale dans la v g tation Vitesse de l eau en utilisant un ADV Diminution de 70 80 de la vitesse du courant pr s du fond Dans certains cas il s agit de mesures de la hauteur des vagues et dans d autres cas il s agit de mesures des vitesses de leau au sein de la v g tation Plusieurs exp riences ont tent de mesurer cette att nuation induite par la v g tation halophyte dans les marais Le Tableau 1 r sume les diff rentes tudes ce sujet Certains auteurs ont effectu des mesures de hauteur des vagues sur des transects qui traversent la zone intertidale Par exemple Cooper 2005 a pu mesurer cette att nuation en disposant des capteurs de pression dans la zone intertidale d un marais du Wash en Angleterre En appliquant le mod le d att nuation exponentiel H He avec x comme la distance horizontale et tant la distance d att nuation q 3 1 celui ci obtient 105 m et 213 m comme valeurs du param tre a Ce param tre repr sente la distance que les vagues doivent parcourir pour qu il ne reste que 36 8 e de leur hauteur significative de d part Cooper 2005 arrive la conclusion que l att nuation g n r e par la v g tation donc la valeur de a d pend de la hauteur de la v g tation de sa densit et des propri t s de la plantes en conta
38. ar rapport au courant Hz 2 s Cr Cg C Vitesses de propagation selon c N c N _ Pen x y et et la fr quence angulaire relative o Sen terme de sources d nergie J m N c N e N oy 2 12 Dans le cas de vagues le terme de source Sen inclut les ph nom nes qui peuvent ajouter de l nergie aux vagues wind growth en dissiper white capping breaking bottom friction transf rer de l nergie d une fr quence a une autre nonlinear triad interactions nonlinear quadruplet interactions shoaling courant ou transf rer de l nergie d une direction a une autre diffraction r fraction Chacun de ces processus est calcul de fa on ind pendante partir des conditions du milieu Booij et al 1999 et Holthuijsen 2007 d crivent de fa on d taill e les pr misses analytiques de ces processus ainsi que leur solution num rique utilis e dans SWAN Ce mod le est crit en FORTRAN9S et est publi sous la GNU Free Documentation License Le code source est disponible a l adresse internet http www fluidmechanics tudelft nl swan index htm La Fig 6 illustre un exemple des r sultats d une simulation effectu e avec SWAN version 40 51 La grille de calcul s tend sur une surface de 7 6 km par 4 7 km dans la baie de l le Verte autour de notre zone d tude Fig 1 Les conditions hydrodynamiques courants ont t tir es du mod le STLE400 Sauc
39. ct avec l eau rugosit et rigidit En effectuant des mesures semblables les tudes de Moeller et al 1996 et de M ller 2006 ont mis en vidence le lien entre la r duction de l nergie des vagues et la profondeur relative de l eau hauteur des vagues profondeur Wayne 1975 arrive la conclusion que des vagues ayant de longues p riodes et se propageant dans des eaux plus profondes subissent une att nuation semblable des vagues de courtes p riodes qui progressent dans des eaux moins profondes Finalement les analyses spectrales de la propagation de vagues dans un marais effectu es par Neumeier et Amos 2006 d montrent que le degr de r duction de l nergie hydrodynamique est influenc par la p riode d oscillation de la houle Bien que ces tudes mettent en vidence certaines tendances dans l att nuation il reste que l effet de la v g tation sur les vagues est difficile pr voir et mod liser Teeter et al 2001 en analysant les tudes de l hydrodynamisme dans la v g tation halophyte sont venus la conclusion que ce ph nom ne est difficilement mod lisable surtout en raison de sa complexit math matique Dean et Bender 2006 ont tent de contourner ce probl me en laborant une m thode qui sch matise les v g tations comme de simples tubes verticaux Ils d duisent par la suite la perte d nergie des vagues caus e par la force de train e g n r e par le mouvement de l eau travers la v
40. ctrale f m Hz Af diff rence entre f et f Hz k nombre d ondes associ f q 2 15 dans la direction de propagation 2 3 n tx 3 2E Nr conn n l 2 H cosh k E f z variance spectrale mesur e pg cosh k d z E f une profondeur z Pa Hz cosh d E f variance spectrale la surface d profondeur totale de l eau m E 72 2 4 Ecorr f variance spectrale corrig e f variance spectrale de la surface calcul e avec l quation d quilibre hydrostatique 2 2 zh profondeur du houlographe cosh k d 2 2 5 cosh kd E eon f Afin de mieux r sumer l aspect des vagues quelques param tres utiles furent calcul s l aide de la variance spectrale telles la hauteur significative Hmo q 2 7 et la p riode moyenne Tmo q 2 8 m E df My Le pon du spectre d nergie 2 6 Hz H mo hauteur significative m H mo 4 Mo mo moment 0 du spectre d nergie m 2 7 _ p riode moyenne s moi m m m moment 1 du spectre d nergie m Hz 2 8 Un ADCP Workhorse Sentinel RD Instruments 1200 kHz a t install du 6 septembre au 9 octobre 2007 4 la station V1 Fig 1 Cela permet donc de savoir quel a t l aspect de la houle au large avant d atteindre la zone intertidale L installation de l ADCP s est faite au m me moment que les houlographes du 3
41. dcasts Coastal Engineering Journal 44 3 257 280 Yang S L Li H Ysebaert T Bouma T J Zhang W X Wang Y Li P Li M et Ding P 2008 Spatial and temporal variations in sediment grain size in tidal wetlands Yangtze Delta On the role of physical and biotic controls Estuarine Coastal and Shelf Science 77 4 657 671 Young D F Munson B R et Okushi T H 2004 A Brief Introduction to Fluid Mechanics Wiley Hoboken New Jersey 533 p 78 Annexe A Calculs A l Calcul de la dissipation due la force de tra n e Selon l quation 2 18 l nergie dissip e pour chaque fr quence e L ce calcul en multipliant la force de train e globale par la vitesse induite par cette fr quence pour une couche de v g tation L h e L Fy L u L EIER h dh hia Ici Aus repr sente la vitesse moyenne induite par l ensemble des vagues Au lieu de calculer cette vitesse en utilisant la variance spectrale E f 9 q 2 17 le calcul sera simplifi en r sumant l ensemble des vagues en une vague unique De plus la composante verticale de la vitesse sera n glig e car pr s du fond elle est n gligeable par rapport la composante horizontale Dans ce cas ums se calcule simplement par a u GU o A2 Pour que cette vague repr sente l ensemble de la variance spectrale l amplitude de celle ci est d termin e l aide de Hmo sa fr quence par Tmo et son nombre d ondes
42. deg variance spectrale selon la fr quence angulaire relative variance spectrale corrig e variance spectrale f gt Hz variance spectrale la fr quence f dans la direction 6 m Hz deg variance spectrale de la surface calcul e avec l quation d quilibre hydrostatique 2 2 non corrig e variance spectrale mesur e une profondeur z Pai Hz force de train e N n fr quence Hz acc l ration gravitationnelle 9 81 m s hauteur d une couche m hauteur significative des vagues m hauteur significative pour les vagues dont le fr quence est entre 0 et 0 5 Hz m nombre d ondes 27 longueur d onde vecteur nombre d ondes associ f dans la direction de propagation vecteur nombre d ondes associ f dans la direction 8 moment D du spectre d nergie m moment 1 du spectre d nergie m Hz My N o 0 Pam Sen Tuoi Ur Urms Af n moment du spectre d nergie m Han densit d action des vagues 2pg E o 0 o s m obstruction verticale volumique m m obstruction verticale mesur e sur la distance a pression Pa pression atmosph rique Pa terme de sources d nergie J m p riode moyenne s vitesse horizontale m s la vitesse horizontale induit par la vagues de fr quence f u m s vitesse vitesse verticale vecteur position profondeur sous le niveau de l eau positif v
43. dre la zone de v g tation une partie du domaine et d en faire varier la hauteur et la densit 26 Appel de la routine Les param tres d entr e VegNb VegH VegCv w E 0 0 Depth Si Depth lt 0 ou E 0 Sortie de la routine Si VegH 0 ou VegCv 0 Recompter le nombre de division verticale en excluant ceux o VegH h 0 ou VegCv h 0 Calcul de Hno et de Tmo en utilisant E 0 6 Calcul du coefficient de l quation A 8 Boucle des fr quences i Si E 0 Prochaine it ration Si sinh keDepth gt gt sinh keh Boucle des divisions verticales Calcul des coefficients b h de l quation A 8 Calcul de la diffusion avec b h et b h Boucle des directions j Si 0 0 0 Prochaine it ration Ajout de Ee L Bed 0 q 2 12 Param tre de sortie 0 Fin de la routine Fig 9 Sch ma du fonctionnement de la routine VegNL qui mod lise la dissipation par la v g tation Celle ci prend en entr e les param tres de la v g tation VegNb VegH VegCv les param tres de vagues 0 E w 9 et la profondeur Depth 27 La nouvelle routine de la v g tation VegNL le code complet de la routine est en annexe C s applique s par ment pour chaque cellule Fig 9 Pour que la routine soit appel e il faut que la valeur de vegnb soit non nulle cela signifie qu il y a de la v g tation dans la simulation La routine
44. e En ayant les hauteurs significatives a la station V2 et V3 il est possible de calculer la distance d att nuation o dai 3 2 38 La distance d att nuation a vari de 335 m 4611 m m diane de 764 entre les stations V2 et V3 sauf pour le burst 1022 o a est n gatif et elle varie de 105 m a 3659 m m diane de 853 les stations V3 et V4 Le fait que l att nuation du burst 1022 soit n gative indique que lors de leur progression la hauteur significative des vagues a augment Cela peut tre d la direction de cette progression qui ne se situe pas dans l axe du transect les vagues arrivent 60 VI alors que le transect est orient a 300 Les vagues V3 ne sont pas les m mes que celles qui sont pass es par V2 La fr quence dominante est le plus souvent plus basse V1 et elle va en augmentant vers VA 3 2 Mod lisation sans l effet de la v g tation 10 n sig 10 mo 0 190 H mo 0 126 10 10 10 10 10 e E E K 0 161n 5 8 10 H mo 0 161 m 2 H no 0 034 m a a 10 10 10 10 10 10 10 10 Frequence Hz Frequence Hz Fig 16 Mod lisation du 13 septembre 2007 a 4h00 HM La carte de la grille 2 illustre la hauteur significative et la direction obtenue lors de la simulation sur l ensemble de la zone Les mailles de la grille mesurent 50m par 25m La courbe noire repr sente les r sultats mod lis s et la courbe
45. e Verte tait de trois m tres 69 leur p riode tait de six secondes les vents taient de 25 m s et le niveau de l eau tait de 5 5 m tres au dessus du z ro des cartes marines en p riode de grande mar e le niveau de l eau est de 5 2 m tres et a s ajoute une surcote de temp te de 0 3 m tre Il s agit des conditions de forte temp te dans cette r gion de l estuaire Danard et al 2003 Koutitonsky 1978 Deux simulations ont t faites dans ces conditions une sans v g tation et une autre avec de la v g tation Dans les deux cas la hauteur significative des vagues au niveau de la station V2 tait de 1 45 m tre L att nuation des vagues a donc t de 52 lors de leurs progressions vers la station V2 Par la suite dans le cas o il n y avait aucune v g tation les vagues sont arriv es la station V3 avec 86 4 de leur hauteur et elles poss daient 75 0 de leur hauteur la station V4 Pour ce qui est du milieu avec une v g tation aquatique les vagues avaient 47 1 de leur hauteur leur arriv e la station V3 et 40 1 de leur hauteur la station V4 L att nuation des vagues est donc plus importante en pr sence d une couverture v g tale Lors de ces simulations une partie de l att nuation des vagues s est produite avant m me d arriver la hauteur du marais Cela suppose que dans cet environnement d autres facteurs que la v g tation freinent les vagues dans leur progressio
46. e courtes p riodes y sont pratiquement imperceptible cf section 2 3 et il est pr f rable de ne pas calibrer le mod le avec ces vagues Dans l ensemble la calibration tend rapprocher grandement les donn es de terrain des simulations Bien qu a plusieurs reprises les hauteurs significatives de donn es mesur es et de celles simul es soient diff rentes la forme du spectre de vagues concorde entre la fr quence 0 1 et 0 5 Hz Par contre le spectre a la station V4 ne coincide que pour une petite partie du spectre pour les bursts 847 849 et 850 Il y a donc une bonne partie du spectre dont l nergie est sous estim e Pour ce qui est des valeurs du coefficient de train e Cp obtenue lors de ces calibrations Tableau 5 celles ci sont plus lev es au d but et a la fin pour la station V3 A la station V4 au contraire le Cp maximum se situe plut t au centre 848 Les valeurs des coefficients de tra n e qui sont utilis es pour valider le mod le sont donc les moyennes de celles obtenues lors de la calibration Pour la v g tation entre V2 et V3 Cp est donc 0 0637 et 0 235 pour la partie entre V3 et V4 section V2 V3 section V3 V4 pe 0 0688 0 0759 0 236 0 185 0 0637 0 235 Tableau 5 Cp obtenu lors de la calibration des bursts 846 850 ss Densite spectrale m Hz Densite spectrale m Hz Densite spectrale m Hz 10 846 10 Non utilis pour la 10 10 calibration
47. e hauteur significative de seulement 6 plus lev e que la hauteur mesur e A l aide de ces simulations il fut possible de conclure que l att nuation de la hauteur des vagues caus e par la v g tation repr sente sur 566 m une perte d nergie de 37 a 88 Une s rie de simulations avec le nouveau mod le a aussi permis de d terminer les param tres qui influencent le plus la dissipation le niveau de l eau la densit de la v g tation et la p riode des vagues Cela a confirm les analyses math matiques pr liminaires Avec ces nouvelles donn es il sera possible de mieux simuler l hydrodynamisme au sein des marais sal s et ainsi de bien comprendre la dynamique s dimentaire de ces milieux iil Modeling wave dissipation by vegetation in saltmarshes Abstract Saltmarshes are ecosystems composed of halophyte plants which influence significantly the sedimentary dynamic Saltmarshes are modulated by local wave hydrodynamics As waves progress in the marsh they erode sediment However vegetation dissipates the wave energy and minimises erosion Therefore it is important to leam more about the interaction between vegetation and wave hydrodynamics The purpose of this study was to build a numerical model to simulate the wave propagation through a vegetated intertidal zone The existing SWAN model Simulating WAves Nearshore was used as base model and a new routine was added to calculate the wave energy dissipation by the
48. e qui couvre les 4 appareils de mesure et une seconde plus petite pour mieux r soudre le marais inf rieur La zone d tude se situe sur la rive sud de l estuaire du St Laurent sur la batture de l ile Ronde pr s de l Isle Verte 48 05 N 69 20 O Fig 1 La batture est compos e de s diments de tailles tr s vari es du bloc m trique au sable fin dont la granulom trie moyenne est de 0 5 mm Drapeau et Morin 1981 La topographie du secteur est tr s plate et uniforme et il y a tr s peu de chenaux de mar e Dans les p riodes de mar e de vive eau le marnage atteint 5 m la zone intertidale s tend alors sur 5 km Celle ci se caract rise par la pr sence d un marais littoral d une largeur de 1 km Fig 3 La couverture v g tale du marais sup rieur est compos e de Spartina patens et d autres halophytes dans le marais inf rieur Spartina alterniflora est dominante Fig 2 Devant le marais se trouvent des herbiers a Zostera marina saxo lac ERA Fig 2 Photographies du marais de l Isle Verte prises le 5 septembre 2007 lors de l installation des houlographes Les mesures de terrain ont t effectu es sur un transect VI V2 V3 V4 perpendiculaire la c te de l estuaire du St Laurent au niveau du marais de l Isie Verte Fig et Tableau 2 Ce transect couvre une distance de 4 2 km avec un d nivel de 5 3 m pente moyenne de 1 26 Le transect V2 V3 V4 est situ dans la partie sup rie
49. e v g tale consid r e Laminaria hyperborea versus Spartina alterniflora pour la pr sente tude En effet Mendez et al 1999 explique que le coefficient de train e Cp peut tre plus petit lorsque la v g tation tudi e est plut t rigide Une fois que le mod le a t calibr les simulations effectu es sur l ensemble du domaine montrent des r sultats qui se rapprochent grandement des mesures de terrain Le fait que le facteur entre les hauteurs significatives mesur es et celles simul es Fig 22 se rapproche grandement de 1 signifie que le nouveau mod le reproduit avec davantage d exactitude la progression des vagues dans le marais Le spectre simul Fig 21 semble aussi mieux refl ter les mesures m me si les deux courbes divergent quelques endroits en particulier la station V4 Par contre lors des simulations une bonne partie de l nergie de vagues se situe au dessus de 0 5 Hz Les houlographes ne sont pas capables de mesurer correctement ces vagues ils taient plac s pr s du fond les variations de pression induites par les vagues de courtes p riodes sont tr s faibles est donc impossible de savoir si le nouveau mod le r ussit bien calculer la dissipation de la v g tation sur les vagues de petite p riode Mais tant donn que le but premier de ces nouvelles simulations est de mieux valuer la dynamique s dimentaire principalement influenc e par les vagues de longue p riode les erreurs
50. ement favoriser le d p t des particules en suspension dans l eau mais aussi de r duire consid rablement la resuspension des s diments du fond caus e par la turbulence de la houle Cela a pour cons quence que dans les marais le taux de s dimentation est plus lev Coops et al 1996 Widdows et al 2008 que sur les berges sans v g tation et la taille moyenne des grains pr sents dans le s diment est plus petite Yang et al 2008 Le r le protecteur de la v g tation face l rosion caus e par le mouvement des vagues a t mis en vidence par Turker et al 2006 Ceux ci ont effectu des exp riences dans un canal a houle et ils ont d termin que la protection du s diment augmente avec la densit et la taille des plantes Van der Wal et al 2008 ont aussi confirm l aide d analyses de photos a riennes qu en pr sence de marais sal le ph nom ne d rosion des berges tait r duit Drapeau 1992 arrive m me la conclusion que la v g tation des marais favorise la formation de schorre qui par la suite aide la progression du marais vers le large De plus Morris 2007 a d montr que dans certaines conditions les marais peuvent r sister 4 une bausse du niveau marin car dans les cas tudi s la mont e des eaux peut tre compens e par le taux de s dimentation plus lev La pr sence d une couverture v g tale peut donc tre un bon moyen d att nuer l effet d rosio
51. en L H 2002 Diffusion reduction in an arbitrary scale third generation wind wave model Ocean Engineering 29 1 1 1357 1390 Saucier F J et Chasse J 2000 Tidal circulation and buoyancy effects in the St Lawrence Estuary Atmosphere Ocean 38 4 505 556 Signell R P Carniel S Cavaleri L Chiggiato J Doyle J D Pullen J et Sclavo M 2005 Assessment of wind quality for oceanographic modelling in semi enclosed basins Journal of Marine Systems 53 1 4 217 233 Spratt A T Neumeier U et Lavender S J 2005 Predictions of saltmarsh suitability as a coastal defence measure based on numerically modelled extrapolations from a present day Digital Terrain Model In Teeuw R Whitworth M amp Laughton K eds Proceedings of RSPSoc 2005 Measuring Mapping and Managing a Hazardous World 6 9 September 2005 Portsmouth UK The Remote Sensing and Photogrammetry Society RSPSoc Teeter A M Johnson B H Berger C Stelling G et Scheffner N W 2001 Hydrodynamic and sediment transport modeling with emphasis on shallow water vegetated areas lakes reservoirs estuaries and lagoons Hydrobiologia 444 1 3 1 24 Tucker M J et Pitt E G 2001 Waves in Ocean Engineering Elsevier Ocean Engineering 5 Elsevier Amsterdam 521 p Turker U Yagci O et Kabdasli M S 2006 Analysis of coastal damage of a beach profile under the protection of emergent vegetation Ocean Engineering 33 5 6 810 82
52. enne seront calcul es avec un domaine restreint de la variance spectrale E f Par cons quent pour valider le mod le les nergies des vagues de fr quence plus lev e que 0 5 Hz ont t ignor es q 2 20 m EC 2 20 HA zl 2 21 30 m m 2 22 Par la suite les hauteurs de vagues simul es et les hauteurs mesur es sur le terrain seront compar es graphiquement en utilisant une courbe de tendance et l indice de y 2 ae e corr lation R Dans le cas id al la pente de cette courbe s approche de et l indice de corr lation se rapprochant le plus possible de 1 Hauteur de l eau a 1 No LA CH T T T T 1 1 L 5 10 15 20 25 30 35 40 t 7T T at 5 4 gt D e 4 g ve 25 30 35 40 V1 m o V2 m Hauteur significative Hauteur significative Jours partir du 1 sept 2007 Fig 10 Variables environnementales mesur es lors de l exp rience de terrain du 3 sept au 9 oct 2007 a Niveau de l eau partir du z ro des cartes marines mesur par ADCP V1 b Vitesse du vent mesur e par la station m t orologique sur l le Rouge c Hauteur significative q 2 7 mesur e par l ADCP VI d Hauteur significative q 2 7 mesur e par un houlographe V2 31 3 R sultats 3 1 Mesures de terrain Les mesures de terrain ont t effectu es du 5 septembre au 9 oc
53. ent d un facteur de 2 des mesures ne repr sentaient que 6 5 alors que 96 7 des simulations avec v g tation se rapprochent des mesures de terrain La Fig 22 illustre graphiquement la relation entre les valeurs mesur es et celles simul es la station V3 la pente de la courbe de tendance s est rapproch e de 1 en passant de 2 38 1 34 avec l ajout de la v g tation De plus la corr lation entre les 49 deux s ries de donn es est plus importante le facteur est pass de 0 504 a 0 643 A la station V4 la pente de la courbe de tendance s est aussi rapproch e de en passant de 3 03 1 07 avec l ajout de la v g tation De plus la corr lation entre les deux s ries de donn es est encore plus importante que la comparaison mesures simulation sans v g tation le facteur R est pass de 0 376 0 775 Tableau 6 Comparaison entre les enregistrements effectu s sur le terrain et les mod lisations avec et sans v g tation pour la grille normale H no V4 mesur c simul e sans simul e avec mesur e simul e sans simul e avec mesur e simul e sans simul c avec v g tation v g tation v g tation v g tation v g tation v g tation Burst 0 124 0 176 0 113 0 261 0 119 447 448 449 450 451 4991 0 065 0 108 0 110 0 027 0 093 0 062 548 0 040 0 119 0 021 0 094
54. ers le bas m profondeur du houlographe distance d att nuation m diff rence entre f et f Hz diff rence entre 9 et 0 deg l nergie dissip e J s position verticale de l eau m position de la surface par rapport au niveau moyen m x m angle de propagation des vagues densit de l eau 1025 kg m fr quence angulaire relative par rapport au courant Hz l angle de d phasage deg fr quence angulaire 2x 1 Introduction Les marais sal s saltmarsh sont des zones de v g tation situ es dans la zone intertidale et ils sont compos s de plantes qui sont adapt es aux eaux sal es Les nutriments essentiels a leur croissance sont apport s par la mar e Poulin et Pelletier 2007 et les moments d exposition a l air libre leur permettent d tre en contact avec le gaz carbonique de l atmosph re Par contre ces cosyst mes sont grandement influenc s par le d ferlement des vagues qui arrivent du large Ces vagues dissipent leur nergie entre autres au contact des plantes et celles ci sont vuln rables lorsque cette nergie est trop importante M ller et al 1999 ont mesur cette dissipation des vagues dans un marais de l est de l Angleterre et ils ont estim que la v g tation a t en mesure de r duire la hauteur des vagues de 88 5 sur une distance de 205 m D autres plantes aquatiques dissipent aussi l nergie des vagues comme les herbiers seagrass situ s surtout da
55. erticale volumique a t extraite selon la hauteur q 2 1 avec une r solution verticale de 2 mm pour chaque clich L obstruction pour une station a t obtenue en faisant la moyenne des quatre r plicats O obstruction verticale volumique m m 1 a distance en x sur laquelle l obstruction O In 1 O a t mesur e m 2 1 O obstruction verticale mesur e sur la distance a Mesures des vagues Trois houlographes TWR 2050 de la compagnie RBR ont t dispos s le 3 septembre 2007 aux stations V2 V3 et V4 au niveau du marais inf rieur Fig 1 et ils ont t r cup r s le 5 octobre 2007 Ils ont mesur la pression de l eau 20 cm au dessus du sol 4 fois par seconde 4 Hz sur une p riode burst de 8 53 minutes 2048 mesures et ce toutes les 30 minutes Ces donn es sont utilis es pour calculer la variance spectrale E q 2 3 des vagues Les houlographes ont galement mesur toutes les 10 minutes la pression moyenne pendant une minute fonctionnant comme un mar graphe Afin de compenser le 15 temps de parcours entre les trois houlographes un d lai de 1 30 temps de parcours moyen a t instaur entre le d but des bursts des trois houlographes a partir de V2 Une fois les donn es des houlographes t l charg es sur un ordinateur celles ci ont subi les analyses math matiques pour extraire des informations sur les vagues 1 D abord la s rie temporel
56. eule ayant une amplitude gale Hino 2 q 2 7 et une p riode de Tmo q 2 8 Par contre cette simplification a seulement t n cessaire pour calculer la force de train e le calcul de la dissipation a ensuite tout de m me t fait en fonction du spectre de vagues complet q 2 18a b Cette repr sentation d j utilis e par Mirfenderesk et Young 2003 a l avantage de grandement faciliter le calcul de la dissipation des vagues surtout en ce qui concerne l application de ce calcul une mod lisation num rique Malgr cette approximation les r sultats de l algorithme reste satisfaisante donc le fait de ne pas consid rer le spectre entier modifie peu la pr cision du calcul 4 3 Qualit des pr dictions Pour mieux valuer la fiabilit des r sultats obtenus il est pertinent de les comparer avec ceux des autres mod lisations de la litt rature Le Tableau 7 num re plusieurs recherches qui ont eu pour but de mod liser le comportement des vagues dans divers milieux le plus souvent afin d analyser un aspect sp cifique des vagues Par exemple Lin et al 2002 ont simul la propagation des vagues dans la Baie de Chesapeake aux tats Unis afin d analyser l interaction vent vagues dans cette r gion Lors de cette recherche ils ont compar leurs mod lisations avec des mesures de terrain et ils ont obtenu un coefficient de d termination de 0 51 Londhe et Panchang 2006 ont fait le m me genre de sim
57. eurs bursts Les bursts mod lis s ont t choisis en raison de leur direction de propagation entre 300 et 360 V1 pour qu elle soit proche de la direction du transect V1 V4 et aussi de leur hauteur significative au dessus de 5 cm V4 pour que l att nuation des vagues soit perceptible Pour toutes les stations la hauteur significative simul e sans v g tation est toujours plus lev e que celle mesur e par les houlographes et l cart entre les deux va en augmentant en s approchant de la berge La corr lation R2 entre les hauteurs significatives mesur es et celles simul es sans v g tation est meilleure pour la station V2 Fig 22 C est aussi cette station que la pente de la courbe qui relie les deux s ries de hauteurs significatives est le plus pr s de 1 m 1 66 Pour les stations et V4 cette pente va en augmentant pour atteindre 3 03 la station V4 Et c est aussi la station V4 que la corr lation entre les valeurs mesur es et celles simul es sans v g tation est la moins bonne 41 3 3 Calibration Pour la calibration de la fonction VEGNL les simulations ont t calcul es sur une partie de la grille 2 seulement avec les mesures effectu es la station V2 Fig 17 Ainsi la diff rence entre les simulations avec la grille normale et ie Fig 17 Disposition des deux grilles de calculs La grille les mesures V2 Fig 16 et Tableau r duite utilise les donn e
58. facilement car dans le cas de vagues il est facile de connaitre la vitesse de l eau au niveau de la v g tation q 2 14 Parmi les tudes qui ont tent de repr senter math matiquement l effet de la couverture v g tale sur la progression de la houle vers la berge plusieurs s y sont pris en utilisant la force de train e comme source de dissipation de l nergie des vagues Par exemple une tude de Mendez et Losada 2004 calcule la force de tra n e g n r e par les plantes halophytes pour d velopper un mod le empirique de l att nuation de la hauteur des vagues lors de leur progression dans un marais sal Cependant ceux ci ne font l analyse des vagues que sous la forme monochromatique ce qui r duit l applicabilit de ce mod le un milieu naturel Dans le cas de repr sentation de vagues g n r es en milieu naturel une repr sentation des vagues selon un mod le spectral traiter s par ment chaque vague de fr quence diff rente reste la fa on la plus compl te de repr senter la r alit Gorman et Neilson 1999 est un exemple de recherches qui utilisent une d composition spectrale des vagues dans le but d avoir une vision compl te des vagues pr sentes lors des mesures effectu es dans leur zone d tude Par contre lors de la pr sente tude le 55 calcul de la force de train e s effectue avec un concept simplifi du spectre de vagues En effet l ensemble des vagues a t r duit une s
59. g 21 Mod lisation du 13 septembre 2007 4h00 HM en consid rant la v g tation et en utilisant la grille normale 47 Fig 22 Comparaison entre les hauteurs significatives mesur es et simul es avec la grille normale avec ou sans la v g tation pour les stations V2 V3 et V4 49 Fig 23 Mod lisation de cing bursts en ne changeant que le niveau de eau 62 Fig 24 Mod lisation de cinq bursts en ne changeant que la densit de la v g tation 63 Fig 25 Mod lisation de cinq bursts en ne changeant que la hauteur de la v g tation 65 Fig 26 Mod lisation de diff rentes situations th oriques la p riode de vagues incidente a t modifi e 65 Fig 27 Hauteurs significatives relatives des vagues au niveau des stations V3 et V4 lors d une simulation de moyenne temp te 67 Fig 28 Hauteurs significatives relatives des vagues au niveau des stations V3 et V4 H4 Hmo V4 lors d une simulation de forte temp te 68 Cp Liste des symboles amplitude des vagues Huaves 2 m aire de l objet section perpendiculaire au courant coefficient de tra n e Co Vitesses de propagation selon x y et 0 d E f E f 0 Ecorr En Ep Ey E f z Fo g h Hmo H no lt et a fr quence angulaire relative profondeur totale de l eau m variance spectrale la surface variance spectrale directionnelle m Hz
60. g tation vegnb Nombre de division verticale de la v g tation Cette valeur doit tre un entier fac Facteur multiplicatif des valeurs qui seront lues Par exemple si les hauteurs sont donn es en centim tre fac 0 01 fnamel Nom du fichier qui contient les valeurs des param tres de la v g tation Tous les param tres sont dans le m me fichier et ceux ci doivent tre dans le bon ordre vegh 1 vegh n vegcv 1l vegcv n SERIES Dans le cas o la simulation est en mode non stationnaire un fichier doit d finir le nom des fichiers qui contiennent les param tres aux diff rents pas de temps fname2 Nom du fichier qui d finit le nom des fichiers qui contiennent les param tres aux diff rents pas de temps Chacun de ces fichiers ont le m me format que 1 idla Chiffre de 1 6 qui d finie l ordre dans lequel les cellules sont crites dans le fichier Cette grille 2D peut se lire vers le bas ou vers le haut vers la gauche ou vers la droite FREe Indique que le fichier est crit en format ASCII UNFormated Indique que le fichier est crit en format binaire Exemple Une v g tation compos e de deux couches qui s tend sur une grille de 200 par 300 cellules chacun de 2 m par 2 m Les valeurs sont crites dans un fichier ASCII du nom de v g tationl dat i INPgrid VEGetation REGular 0 0 0 100150 22 i 1 1 READinp VEGetation 2 1 v g tationl dat 3 FREe 1
61. ichier texte ASCII doit contenir dans le bon ordre les valeurs des param tres vegh 1 vegcv 1 vegh n vegcv n Exemples Une v g tation compos e de quatre divisions verticales de 0 12 0 08 0 14 et 0 09 cm ayant un coefficient de train e de 0 145 0 124 0 203 0 064 82 B 2 V g tations variable dans le domaine VEGetation INPgrid lt lt VEGH VEGCV gt REGular ypinp alpinp mxinp myinp dxinp dyinp amp lt gt amp CURVilinear stagrx stagry mxinp myinp gt amp NONSTATionary tbeginp deltinp lt MIN tendinp HR INPgrid Ce mot clef sert d finir la grille d entr e de tous les param tres environnementaux qui peuvent varier le long du domaine Bathym trie courant niveau d eau vent v g tation Le mot clef qui suit d finit le param tre en question VEGetation Indique que les valeurs qui suivent d finissent la grille d entr e des param tres de la v g tation hauteur des divisions et coefficient de tra n e Il est possible d avoir des grilles d entr e diff rentes pour la hauteur des divisions verticales VEGH et leurs coefficients de train e VEGCV Dans ce cas il faut d finir chaque grille s par ment en utilisant deux fois le mot clef INPgrid pour chacun des param tres REGular Indique que la grille d entr e est uniforme et rectangulaire CURVilinear Indique que la grille d entr e est courbe de type longit
62. ier et Chass 2000 La topographie du milieu a t obtenue par la m thode d crite pr c demment et les conditions de vent mesur es la station m t orologique de l le Rouge ont t obtenues d Environnement Canada Les conditions la fronti re NW ont t impos es avec la variance spectrale obtenue avec l ADCP 4h00 le 13 septembre 2007 En plus de la hauteur significative et la direction moyenne repr sent e la Fig 6 il est aussi possible d obtenir de SWAN d autres param tres Int Tor l nergie dissip e la variance spectrale qui permettent de caract riser la houle pr sente dans chacune des cellules de la grille UE degt Grille 2 Fig 6 Mod lisation du comportement des vagues dans la grille 1 le 3 septembre 2007 a 4h00 avec les vagues mesur es en VI Les mailles de la grille mesurent 100 m par 100 m Les fl ches indiquent la direction de propagation dominante et la couleur indique la hauteur significative Les conditions la fronti re sup rieure ont t impos es en utilisant les mesures de terrain de l ADCP la station VI Par contre les conditions varient le long de cette fronti re en raison des ajustements faits par SWAN lors des diff rentes it rations de la mod lisation 20 Interaction entre les vagues et la v g tation Le principal ph nom ne qui se produit dans la v g tation en pr sence de vagues est la force de train e Young et al 2004 qui induit une dissipati
63. ins important Il en va de m me pour l ensemble des simulations de la Fig 20 R 0 902 et 0 9022 comparativement R 0 6252 et 0 7511 la Fig 22 Ce qui d montre que les carts qui sont pr sents malgr l ajout de l effet de la v g tation sont dus des impr cisions commises par le mod le dans la zone situ e avant la station V2 61 4 4 Sc narios Nous avons t en mesure de construire un mod le fiable qui peut tre utile pour calculer l hydrodynamique des vagues pr sentes dans le marais sal Plusieurs param tres peuvent avoir un effet sur cette hydrodynamique et dans le but de mieux comprendre leur r le dans l att nuation de vagues par la v g tation le nouveau mod le a t utilis pour calculer l nergie des vagues dissip e avec diff rents sc narios Dans trois s ries de mod lisation un param tre a t modifi en gardant les autres conditions fixes Les param tres test s sont 1 le niveau de l eau 2 la densit de la v g tation 3 la p riode des vagues Finalement l att nuation en conditions de temp te niveau d eau lev vagues hautes de longue p riode a t mod lis e afin de mieux valuer le r le protecteur de la v g tation sur l rosion c ti re Tableau 8 Caract ristiques des cinq bursts qui ont servi lors de la simulation des sc narios niveau Vent Tm01 V2 R paration de l nergie m m s sec 0a2sec 2 3 sec 4 10 sec
64. itesse orbitale est plus grande au niveau de la v g tation la force de train e entre l eau et la couverture v g tale est plus importante et ainsi la dissipation de l nergie des vagues est plus significative Lors de leurs observations de terrain Moeller et al 1996 avaient d j remarqu qu il avait une relation entre l att nuation de l nergie des vagues par la v g tation et le niveau de l eau En effet lors d une tude subs quente M ller et al 1999 ils ont d termin qu au niveau du marais sal il y avait une corr lation n gative entre le niveau de l eau et la portion de l nergie des 63 vagues qui a t dissip e Par contre dans notre cas la diminution de la hauteur significative des vagues n est pas la m me d un burst a l autre Cela est probablement d au fait que le spectre de vague tait diff rent ce qui change le profil de la vitesse orbitale qui se propage vers le fond L att nuation des vagues ne change donc pas de la m me fa on lorsque l on modifie le niveau de l eau Cette att nuation semble avoir un lien avec la p riode moyenne des vagues Toi Tableau 8 En effet pour le burst 1221 avec la p riode la plus courte et une grande fraction d nergie au dessus de 0 5 Hz l att nuation est dissoci e du changement du niveau de l eau au dessus de 3 m Un autre param tre qui a beaucoup d incidence sur la dissipation des vagues est la densit de la v g tation pr sente dans le
65. l att nuation des vagues selon la densit de la couverture v g tale Fig 24 0 0 5 1 1 5 2 Ratio de la hauteur de la v g tation par rapport celle mesur e Fig 25 Mod lisation de cinq bursts en ne changeant que la hauteur de la v g tation L att nuation est d termin e par la hauteur significative V4 Hat V4 divis e par celle V2 Hz Hmo V2 La droite verticale repr sente la hauteur normale 66 lt Sans v g tation X Avec v g tation La p riode des vagues incidente est un autre param tre qui influence 0 8 l att nuation des vagues La Fig 26 g 0 6 J pr sente une s rie de simulations 04 4 la p riode des vagues t chang e 02 7 XX K gt gt gt K afin de mettre en vidence son r le ol e 10 P riode sec 10 dans la dissipation de l nergie des Fig 26 Mod lisation de diff rentes situations th oriques o la p riode de vagues incidente a t modifi e Elles ont t faite sans v g tation et avec v g tation L att nuation est d termin e par la lt hauteur significative V4 H4 Hyo V4 divis e spectre de vagues f t modul selon la par celle V2 Hy Hmo V2 vagues Lors de ces simulations le m thode de JONSWAP Holthuijsen 2007 la hauteur des vagues tait de 0 2 m V2 avec un angle de provenance de 300 La vitesse du vent tait de 5
66. le de la pression atmosph rique a t extraite des mesures de pression faites par les houlographes au moment ils taient hors de l eau La pression atmosph rique a t soustraite des mesures des houlographes afin d avoir seulement la valeur de la pression caus e par la hauteur de la colonne d eau Cette hauteur a alors t calcul e en utilisant l quation d quilibre hydrostatique q 2 2 z profondeur n gatif vers le bas m p pression Pa g acc l ration gravitationnelle 8P gt P 8PZ Pom 9 81 m s 2 2 oz p densit de l eau 1025 kg m Dam pression atmosph rique Pa Chacune des s ries de mesures du niveau de l eau a subi une analyse spectrale de type Fast Fourier Transform FFT pour obtenir la variance spectrale E q 2 3 Toutefois les donn es de vagues ont t mesur es pr s du fond et la fa on dont celles ci sont att nu es de la surface vers le fond est diff rente selon la fr quence des vagues q 2 4 Les analyses spectrales ont donc t corrig es pour les variances spectrales des fr quences inf rieures 0 5 Hz q 2 5 Au del de 0 5 Hz le facteur de correction est trop grand et le bruit lectronique de l appareil deviendrait par la suite trop important Tucker et Pitt 2001 16 n t x position de la surface par rapport au niveau moyen m x x vecteur position fa n fr quence Hz E variance spe
67. le transect V1 V4 en ayant t att nu es par les irr gularit s de la c te et les obstacles qui s y trouvent dont l le aux Pommes Les meilleurs moments pour avoir un fetch de longueur appr ciable et une progression sans trop d obstacles sont les pisodes o le vent provient du nord ouest ce moment le fetch peut atteindre 26 km 52 et les vagues arrivent avec un angle perpendiculaire a la c te dans le m me angle que le transect V1 V4 Les moments les vagues sont les plus importantes dans la partie sup rieure du transect la partie V2 V4 sont ceux ot un fort vent vient du nord ouest Fig 10d De plus comme cette partie du transect se situe dans la zone intertidale il y a seulement des vagues lors que ces stations sont submerg es Cela arrive dans 24 du temps pour la station la plus haute V4 Les moments les conditions environnementales sont ad quates pour effectuer de bonnes mesures de vagues tout le long du transect sont donc peu nombreux Les pisodes de vagues qui r unissent ces conditions ont fait l objet d une mod lisation Tableau 6 et ces burst repr sentent environ 2 5 du temps total des mesures de terrain du 6 septembre au 4 octobre 2007 A propos des analyses de la couverture v g tale on remarque qu il y a certains liens entre les caract ristiques de la v g tation le long de cette portion du transect Par exemple en allant vers le large la hauteur des plantes augmen
68. lgr la pr sence de v g tation la simulation de la Fig 28 montre que les vagues ont tout de m me une hauteur de 57 cm la station V4 mais il faut aussi consid rer que la berge se situe 200 m de cette station Les vagues risquent fort bien de s att nuer grandement jusqu la c te d autant plus que la v g tation y est plus dense L implantation de v g tation comme moyen de protection des berges reste donc un moyen assez efficace Il faut tout de m me garder en t te que le marais de I le Verte est situ sur un estran d environ 800 m tres et qu ailleurs dans l estuaire l estran est bien moins large et de ce fait la dissipation de l nergie des vagues avant leur arriv e a la c te risque d tre moins appr ciable 71 5 Conclusion Le but de ce travail tait d tre en mesure de mod liser la dissipation de l nergie des vagues produite par la v g tation aquatique Pour ce faire une nouvelle fonction fut ajout e au mod le num rique SWAN qui calcule le comportement de la houle selon les conditions environnementales Ce mod le tait en mesure de calculer l effet du vent la friction produite au fond le d ferlement sur la berge ainsi que d autres ph nom nes propres aux vagues mais il ne pouvait calculer la friction de l eau avec la v g tation La nouvelle fonction VEGNL utilise le principe de la force de train e afin de calculer cette friction et ainsi d duire la dissipation de l nergie des
69. m trie se soit modifi e depuis l poque des relev s Mesures de la v g tation Une premi re m thode pour caract riser la couverture v g tale consiste pr lever des chantillons de la v g tation pr sente dans le marais Ceux ci furent r colt s en deux s ances le 5 septembre et le 5 octobre Cette collecte a t faite en d posant un cylindre de plastique de 16 25 cm de diam tre int rieur sur le marais et coupant au raz du sol les plantes se retrouvant l int rieur Pour chacune des huit stations entre V2 et V4 vegl veg8 quatre chantillons ont t r colt s Par la suite ces plantes furent mesur es s ch es et pes es en laboratoire afin d en connaitre la biomasse et la densit des plantes par m La hauteur de la v g tation a t d finie comme tant la hauteur moyenne des 5 plus grandes plantes parmi chaque chantillon Les moyennes des quatre r plicats ont t utilis es afin de caract riser la v g tation de chaque station 13 n Camera Coloured Mirror background Triangular wood frame N Mu d OU P VAI W NORMAL ui yy 27 i 0 1 02 03 0 4 05 0 5 10 15 m H 3 mum Fig 4 Montage qui permet de photographier Fig 5 A Exemple d image binaire d une section de la une section de la v g tation afin d en v g tation station veg4 Obstruction d duire l obstruction volumique m m volumique de la v g tation calcul e avec 2 1 caus e par
70. mesurait la dissipation de l nergie des vagues par diff rentes esp ces d herbes marines les auteurs en sont aussi venus a la conclusion que la variation de la densit de la v g tation est un facteur moins tmportant que la pr sence absence de la v g tation Ces conclusions indiquent donc que les variations saisonni res de la densit de Ja v g tation auraient un impact important sur l amortissement de l nergie des vagues surtout lorsqu il y a apparition de la v g tation au printemps ou disparition a l automne Lors de leurs s ries de mesure effectu es en Angleterre trois diff rents moments de l ann e f vrier juin et novembre M ller et Spencer 2002 sont arriv s eux aussi la conclusion qu une fraction de la couverture v g tale maximale suffit a att nuer la hauteur des vagues de significative 65 La hauteur de la v g tation est aussi un param tre qui a une influence sur l att nuation des vagues La Fig 25 illustre l att nuation des vagues pour diff rentes hauteurs de la v g tation L att nuation augmente lorsque les plantes aquatiques sont plus hautes De plus l effet de la hauteur est plus important lorsque la v g tation est plus basse que la moiti de la hauteur mesur e sur le terrain et par la suite l att nuation varie peu pour la v g tation plus haute La fa on dont l att nuation varie avec la hauteur de la v g tation Fig 25 est tr s semblable la variation de
71. mmy variable pour ADDDIS REAL H 0 VEGNB hauteur des cell de vegetation REAL B 0 VEGNB coeff b REAL DS2 MSC 1 delta om ga pour calculer Hsig REAL SUM AC2 DIR MSC calcul SPCSIG 2 SUM AC2 KCGRD 1 2 temp LOGICAL ANYBIN MDC MSC pr sence absence d nergie dans AC2 MDC MSC DEPTH DEP2 KCGRD 1 IF DEPTH LE O RETURN return si pas d eau IF ALL AC2 KCGRD 1 EQ 0 RETURN return si pas d nergie IF VARVEG THEN d finir si la v g tation change avec la position VEGH LOCAL VEGH2 KCGRD 1 VEGCV LOCAL VEGCV2 KCGRD 1 ELSE d finir si la v g tation ne change pas avec la position VEGH LOCAL VEGH VEGCV LOCAL VEGCV ENDIF IF SUM VEGH LOCAL LE 0 O0R SUM VEGCV LOCAL LE 0 RETURN return si pas de v g localement 86 90 initialiser les variables locales 91 B 0 0 92 NBLOCAL 0 93 H 0 0 94 VEGDISS TEMP 0 95 ANYBIN FALSE 96 97 d terminer la hauteur total et le nombre de couche local NBLOCAL 98 DO 200 IH 1 VEGNB boucle en z 99 H IH H IH 1 VEGH_LOCAL IH 100 IF VEGCV LOCAL IH GT 0 AND VEGH LOCAL IH GT 0 THEN 101 compte pas si dh 0 ou coeff 0 102 NBLOCAL IH 103 IF H IH GE DEPTH THEN compte pas la v g au dessus de l eau 104 H IH DEPTH 105 EXIT 106 ENDIF 107 ENDIF 108 200 CONTINUE 109 110 calcul de la hauteur significative HSIG et fr quence sig
72. mo 0 050 m H mo 0 113 m 4 4 10 H mo 0 049m 10 H mo 0 014 m 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Frequence Hz Frequence Hz 10 847 10 10 10 mo 0 067 m mo 0 026 m H no 0 138 m 4 H mo 0 146 m 10 0 069 10 H no 0 026 m 10 10 10 0 1 10 2 1 0 1 10 10 10 10 10 10 10 10 Frequence Hz Frequence Hz 10 848 10 10 10 mo 0 065 m H mo 0 026 m H mo 0 126 m H mo 0 130 m d 10 H mo 0 083m 10 H mo 0 035 m 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Frequence Hz Fig 18 d but Frequence Hz 10 849 16 44 10 10 E H mo 0 079 m H mo 0 043 m 4 H mo 0 134m H mo 0 135 m g Hmo 0 084 10 H mo 0 036 lC 10 10 a 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 Frequence Hz Frequence Hz 10 850 10 10 107 H mo 0 053 m H mo 0 033 2 H mo 0 107 H mo 0 109 m Ae 4 4 g 10 H mo 0 065 m 10 H mo 0 026 2 10 10 a 7 60e 00 1 68e 00 19 2 1 0 1 10 2 10 10 10 10 10 10 10 10 Frequence Hz Frequence Hz Fig 18 Burst 846 850 du 23 septembre 23h30 au 24 septembre 1h30 utilis s pour calibrer le mod le avec la v g tation Les courbes noires illustrent les mesures de terrain les courbes rouges illustrent les simulations sans v g tation et les vertes illustre
73. n caus par l action r p t e des vagues sur les berges Tableau 1 v g tation R f rence Lieu M thodes de Observation mesures Wayne 1976 Adams Beach USA Knutson et al 1982 Chesapeake Bay Asano et al 1988 Moeller et al 1996 North Norfolk Angleterre Spartina alterniflora Spartina alterniflora Revue de la litt rature des tudes qui mettent en vidence l att nuation des vagues par la R duction de 71 de l nergie des vagues sur 20 m a 16 1 m Perche houle deux endroits Plantes artificielles Algues laminaires Spatina anglica entre autre Perches houle situ es sur un transect Capteurs de pression dispos s sur un transect R duction de 94 de l nergie des vagues sur 30 m a 10 7 m Att nuation des vagues variables selon plusieurs parametres a entre 9 9 m et 66 7 m Corr lation n gative entre l att nuation et la profondeur de l eau Coops et al 1996 Mork 1996 Mendez et al 1999 M ller et al 1999 Canal houle Hustadvika Norv ge North Norfolk Angleterre Phragmites australis et Scirpus lacustris Laminaria hyperborea Perche houle Profils de vitesse avec des ultrasonic current meters UCMs Plantes artificielles Laminaria hyperborea Spatina anglica entre autre Capteurs de pression Capteurs de pression dispos s sur un transect
74. n vers la berge La topographie de ce secteur est sans doute la principale source de dissipation de leur nergie En effet la bathym trie des environs de l le Verte est caract ris e par un estran large et pratiquement horizontal et de ce fait la friction de l eau sur le fond agit sur une longue distance Cela fait en sorte que l nergie des vagues est dissip e lors de son avancement vers la c te Malgr tout la v g tation absorbe n anmoins une bonne 70 partie de cette nergie lors de sa progression dans le marais ce qui peut s av rer important en cas de temp te Au cours de ces pisodes les vagues ont g n ralement une p riode d oscillation assez longue pour la simulation a la Fig 28 la p riode tait de 3 6 secondes a V2 ce qui compense largement le fait que le niveau de l eau est lev De plus la dissipation est d autant plus grande que la hauteur des vagues peut tre lev e car une hauteur significative lev e implique de grandes vitesses orbitales au niveau de la v g tation et la dissipation est proportionnelle au cube de la vitesse eq 2 18 Ce qui explique aussi le fait que l att nuation de la v g tation lors de la plus petite temp te Fig 27 est tr s semblable l att nuation lors de la forte temp te une vague de courte p riode qui se propage dans une eau moins profonde subit une att nuation semblable A une vague de longue p riode qui progresse dans une eau plus profonde Ma
75. namique Le r le de la nouvelle routine une fois calibr e est pr cis ment de calculer quelle sera la dissipation caus e par la v g tation en fonction des conditions environnementales Au d part la calibration a t faite dans l optique que le param tre Cp reste constant tout au long de la p riode de mesures m me si quelques travaux tendent a le consid rer comme tant variable selon les conditions hydrodynamiques Li et Yan 2007 Mendez et al 1999 Cette calibration a t faite sur les bursts 846 a 850 soit du 23 septembre a 23h30 au 24 septembre 4 1h30 Ceux ci ont t choisis parce qu ils pr sentent des conditions de vagues optimales pour juger de leur progression vers la berge soit une hauteur de vagues appr ciable 10 a 13 cm et un angle d approche perpendiculaire la c te 315 De plus ces bursts se situent diff rents cycles de la mar e HM 1 HM 1 et ainsi avec une faible variation des courants de flot et de jusant 58 La calibration s est effectu e en comparant les spectres de vagues mesur s et simul s en utilisant le root mean squarre error q 2 19 L avantage de cette m thode c est que l erreur sur l ensemble du spectre est consid r e et ainsi la calibration sera optimis e pour que les deux spectres soient similaires Certaines tudes telles Padilla Hernandez et Monbaliu 2001 ont utilis la hauteur significative Hmo et la p riode moyenne Tmo pour calibrer un ph
76. ndant cette analyse utilise un mod le d att nuation lin aire o Ax H pour calculer la hauteur r sultante des vagues au lieu du mod le exponentiel d crit pr c demment De plus cette tude traite la v g tation seulement en deux dimensions comme une surface horizontale ce qui r duit la justesse des calculs Kobayashi et al 1993 quant eux avaient tenu compte de la composante verticale de la v g tation en int grant sur la hauteur des plants la dissipation de l nergie caus e par la vitesse de l eau cette hauteur Ce qui implique que la hauteur de la v g tation est un param tre qui intervient directement dans les calculs de la distance d att nuation o selon un mod le d att nuation exponentiel Mendez et Losada 2004 parviennent de la m me fa on que Kobayashi et al 1993 formuler une analyse math matique qui interpr te la v g tation comme tant un facteur de perte d nergie de par la force de train e qu elle induit au contact avec eau Mais leur recherche inclut aussi l effet du d ferlement des vagues et du changement de la topographie dans les zones c ti res dans les calculs de l att nuation des vagues Cela a permis de pr dire la courbe d att nuation des vagues monochromatiques ou irr guli res en consid rant les caract ristiques de la v g tation des vagues et de l environnement Ce mod le reste tout de m me une solution analytique unidirectionnelle qui a
77. nduite entre l eau et ces plantes aquatiques Une autre am lioration qui peut tre faite pour ajuster le nouveau mod le serait d effectuer des calibrations du coefficient Cp dans des conditions environnementales vari es En effet tant donn que la pr sente tude a t faite un seul endroit et un seul moment on ne peut pas avoir une id e des facteurs qui influencent la valeur du coefficient de train e Cp Le fait d avoir des simulations dans des milieux vari s permettrait tout de moins de savoir quels param tres environnementaux doivent tre consid r lors que d sire d terminer la valeur de ce coefficient pour un milieu donn Ce travail nous a permis de mieux comprendre le r le de la v g tation dans la dissipation des vagues En effet nous avons t en mesure de calculer l nergie absorb e par la couverture v g tale et ce en utilisant un mod le num rique qui peut s ajuster aux conditions environnementales de divers milieux Ce mod le pourrait tre utilis afin de mieux pr voir la dynamique s dimentaire de divers marais et aussi afin de comprendre le r le de la v g tation dans la protection des rives de l rosion c ti re plus particuli rement lors de temp tes violentes 73 R f rences Asano T Tsutsui S et Sakai T 1988 Wave damping characteristics due to seaweed Proc 35th Coast Engrg Conf in Japan Japan Society of Civil Engineers JSCE 138 142 Booij
78. nel de vagues r fraction et diffraction Rogers et al 2003 Lac Michigan effet global des vagues Baie du Mississippi USA Carniello et al 2005 Lagon de Venise Italie friction du fond breaking Moghimi et al 2005 Bassin de Hoernum Allemagne interaction vent vagues Signell et al 2005 Mer Adriatique Italie interaction vent vagues Castelle et Bonneton 2006 C te d Aquitaine France bathym trie Londhe et Panchang 2006 Golf du Maine Golf de l Alaska effet global des vagues et Golf du Mexique USA La plupart de ces tudes ont port une attention particuli re un ph nom ne qui influence le comportement des vagues afin d en valider l effet 57 Les premi res simulations compl tes des vagues qui ne tiennent pas compte de la v g tation pr sentent des hauteurs significatives au dessus des valeurs mesur es par les houlographes Fig 22 l cart s accentuant mesure que l on s approche de la berge En effet le facteur entre la hauteur simul e et celle mesur e passe de 1 66 a V2 2 38 a V3 et a 3 03 a V4 Cela signifie que la dissipation de l nergie des vagues est assez importante pour que les simulations soient erron es au niveau du marais De plus la faible corr lation entre les deux s ries de valeurs au niveau des stations sup rieures V3 et V4 indique que cette att nuation suppl mentaire n est pas constante mais qu elle varie selon le contexte hydrody
79. nificative OMEGASIG 111 pour calculer le coeff 112 DS2 SPCSIG 2 MSC SPCSIG 1 MSC 1 113 SUM AC2 DIR SPCSIG SUM AC2 KCGRD 1 DDIR 1 114 EATOT SUM SUM AC2 DIR 2 MSC SUM AC2 DIR 1 MSC 1 DS2 115 ETOT SUM SUM AC2 DIR SPCSIG FRINTF ETOT mo 116 EFTOT SUM SUM AC2 DIR SPCSIG FRINTF SPCSIG EFTOT ml 117 IF ETOT LE 0 AND EFTOT LE 0 RETURN sortir si HSIG 0 118 HSIG 4 SORT EATOT hauteur significative HSIG 4 SQRT m0 119 TSIG 2 PI ETOT EFTOT periode significative TSIG m0 mi 120 OMEGASIG EFTOT ETOT OMEGASIG 2 PI TSIG 121 122 CALL KSCIP1 1 OMEGASIG DEPTH KSIG 123 amp NULLCG NULLN NULLND calcul KSIG avec OMEGASIG 124 d but du calcul de l int grale 125 USIG HSIG 2 SQRT 2 amplitude significative 126 C 0 125 RHO USIG OMEGASIG SINH KSIG DEPTH 2 coeff c 127 DO 400 IS 1 MSC boucle de fr quence 128 SBOTEO O 129 KPLUS KWAVE IS 2 KSIG 130 IF ALL AC2 IS KCGRD 1 Q 0 OR 131 saute si il n y a pas d nergie a cette fr q 132 amp KPLUS DEPTH H NBLOCAL GE 25 CYCLE 133 ou si le r sultat pas trop petit 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 360 370 400 amp amp amp 87
80. ns la zone subtidale peu profonde Chen et al 2007 et les algues marines qui sont quant elles vuln rables la dissipation de l nergie des vagues lorsque celle ci est trop importante D Amours et Scheibling 2007 D autres plant cosysth mes plus r sistantes comme les mangroves ne sont pas directement influenc es par les vagues mais ils en amortissent grandement l nergie lorsque celles ci progressent vers la berge Quartel et al 2007 D un autre c t le fait que la v g tation dissipe l nergie des vagues fait en sorte que la dynamique s dimentaire est diff rente de celle aux endroits d pourvus de v g tation ces endroits en g n ral les vagues en provenance du large rodent le s diment lorsqu elles d ferlent sur l estran En analysant le lien entre le transport s dimentaire et diff rents processus biologiques macrophites micro organismes macrofaunes benthiques Le Hir et al 2007 en sont venus la conclusion que la pr sence de v g tation aquatique prot ge les s diments de l effet d rosion des vagues de par la r duction de leur nergie lorsqu elles entrent en contact avec la couverture v g tale Watts et al 2003 ont aussi d duit que les plantes qui composent les marais sal s prot gent les berges en diminuant grandement la turbulence et le cisaillement caus par les vagues Selon Madsen et al 2001 cette alt ration de l hydrodynamisme local a pour cons quence de non seul
81. nt les simulations avec la v g tation calibr e Les valeurs de donnent les valeurs du coefficient de tra n e utilis es pour la portion qui pr c de la station 45 3 4 Validation Domaine r duit Pour valider le mod le tous les bursts du Tableau 6 ont t utilis s l exemption des bursts 846 850 qui ont t utilis s pour calibrer le mod le Pour une premi re validation les simulations ont t faites en utilisant la grille r duite du marais Fig 17 et les donn es mesur es la station V2 ont t utilis es comme conditions la fronti re sup rieure En utilisant comme exemple la p riode du 13 septembre 2007 4h00 Fig 19 l cart entre la simulation et les mesures de terrain est consid rablement r duit lors que la v g tation est incluse dans les calculs La hauteur significative est donc pass e de 0 100 m 0 054 m la station V3 et elle est pass e de 0 099 m 0 033 m la station V4 10 10 N E H mo 0 054 m H mo 0 033 m H no 0 100 m H mo 0 099 m o a 10 H mo 0 057 m ue H mo 0 027 m 2 a c o a 10 10 10 10 10 ag 10 10 Frequence Hz Frequence Hz Fig 19 Mod lisation du 13 septembre 2007 4h00 HM en consid rant la v g tation et en utilisant la grille r duite Fig 17 La courbe noire repr sente les r sultats mesur s la courbe rouge les donn es simul es sans v g tation et la courbe verte les donn es
82. occicianaescscaaacsanoancsoaesoaeaaeecacsnceenenarseseneenas V Liste des tableaux VI Liste des figures ss Vil Liste des symboles 1X 1 Introduction 1 2 Mat riel et m thodes 9 Mesures de terrain 0 ccceecsccccccccccccuccscceceeccccecuvssssececccesaueuvsauetecesceseseauaaeesececsanauners 9 Mod lisation eee ceccccccecsececccccccecccccessreseceececceccuvseseececcserausacarttesececcceesseaeeteeeeseaaaees 18 Calibration et valdaton 28 3 R sultats 31 Mesures de terrain 31 Mod lisation sans l effet de la v g tation 39 Calibration ooo ce eceececcccceccsececccccccceeeesveceeeesescceauaveseeeccecereausvansesttecessssssusanseteeseseanenes 41 ValidatliON OOPTE 45 4 Discussion iii se aae ane ses ed ade reda 51 Analyse des variables environnementales 51 Validit de l analyse math matique 54 Qualit des pr dictions 55 SC NATIOS ooeeeecceccccccececsecccceccuccseeveccececcccecucaaucececcecnseescescecseccuaausansnsecececeseauaenetsceesenaes 61 5 Conclusion ee he hIenesee tele se ori e rete he e isse sesad e erras 71 R f rences occ e eee eccccccsenceccceceaeeccececccccccescaucuescesecesscauseverseceenacsasaauseseserceecceaauatetecseensues 73 Annexe Calculs Eras a ne renes 78 Annexe B Syntaxe du fichier de commande afin d y inclure la v g
83. on d une partie de l nergie des vagues Cette force de tra n e se produit lorsqu un objet est en mouvement par rapport son milieu La force Fo q 2 13 d pend 1 du coefficient de train e qui varie selon la morphologie de l objet et le nombre de Reynolds 2 de l aire perpendiculaire au courant de l objet 3 du carr de la vitesse de l eau L influence cette derni re est donc pr dominante F force de tra n e N _ C coefficient de tra n e eu A aire de l objet section 2 perpendiculaire au courant m 1 F p gt Co4pli Pour calculer la force de tra n e il est n cessaire de conna tre la vitesse de l eau au sein de la v g tation Les vagues induisent un mouvement orbital l eau et l amplitude de ce mouvement diminue avec la profondeur L quation 2 14 d crit le comportement de la vitesse horizontale et de la vitesse verticale w induites par la houle Tucker et Pitt 2001 Il est important de noter que l amplitude de la vitesse d cro t de fa on exponentielle avec un coefficient proportionnel au nombre d ondes k Donc la vitesse orbitale des vagues de p riode plus grande nombre d ondes plus petit sera davantage pr sente au niveau du fond que celle des vagues de courtes p riodes position verticale de l eau m cosh k z 4 vitesse horizontale m s inha sin kx t o vitesse verticale 51 nombre d ondes 2x longue
84. on totale 5 0 0 calcul e par SWAN Apr s avoir comptabilis tous les ph nom nes qui influencent l nergie des vagues dans toutes les cellules du domaine le mod le utilise le terme Sto 0 pour calculer le spectre de vagues pr sent pour la prochaine it ration 2 3 Calibration et validation Le principe de la calibration d un mod le est de faire plusieurs simulations num riques en changeant certains param tres de calibration et ce dans le but que la simulation num rique s approche le plus possible des valeurs mesur es sur le terrain Dans le cas pr sent le param tre qui doit tre calibr est le coefficient de tra n e Cp qui est inconnu pour la v g tation aquatique pr sente dans le marais La variance spectrale des vagues est utilis e comme outil de comparaison Les valeurs simul es seront compar es aux valeurs mesur es en utilisant la racine de la somme des carr s des diff rences rmse q 2 19 Dans un premier temps cette erreur a t calcul e sur l ensemble de l chelle de fr quence mais pour la suite de la calibration ce calcul f t r duit la variance spectrale des fr quences entre 0 et 0 5 Hz Le but est donc de trouver une valeur de Cp qui donne une simulation avec une valeur rmse minimale rmse root mean square error N nombre total de valeurs discr tis es de 1 A 1 4 variance spectrale rmse Y y x y Y valeur de variance spectrale Ne calcul e par SWAN s me
85. partie du transect le sol poss de une pente de 2 0 o plut t hauteur de la Densit de Biomasse de la Obstruction de la Altitude m En e A N 9 5 O m gt t 5 1000 2 500 Qa 200 D s 150 100 Z gt gt 2 E s 1 E 2 0 Fig 12 a T IR T ER DC 1T _ Ba n Wg C a veg6 g 2 ee mur Mas veg5 veg1_veg2 79 0 100 200 300 400 500 600 C 7 a E b di J 77 Te 0 100 200 300 400 500 600 uf e AIN T T R a S c n L E d e B i gt ud L zi alctq 7 y sg jj 0 100 200 300 400 500 600 T T T ner d i Ls get N P d sr e 7 1 e l l 0 100 200 300 400 500 600 sl gi p SCH m i 1 1 1 1 1 0 100 200 300 400 500 600 Distance a partir de 2 m Param tres environnementaux mesur s le long du transect V2 V3 V4 a Altitude par rapport au niveau d eau moyen b Hauteur moyenne de la v g tation c Nombre de plants par m d Biomasse de la v g tation e Obstruction verticale total caus e par la v g tation q 2 1 int gr e sur la verticale 33 r guli re Fig 12 La v g tation de la batture est plus haute dans les zones les plus basses et plus petites dans les zones les plus lev es Fig 12b Par contre la densit de plantes est plus
86. r dynamics of wave groups produced by the focusing of surface water waves Proceedings of the Royal Society of London Series a Mathematical Physical and Engineering Sciences 459 2032 1021 1052 Knutson P L Seeling W N et Inskeep M R 1982 Wave damping in Spartina alterniflora marshes Wetlands 2 87 104 Kobayashi N Raichle A W et Asano T 1993 Wave Attenuation by Vegetation Journal of Waterway Port Coastal and Ocean Engineering 119 1 30 48 Koutitonsky V G 1978 Etude des param tres hydrodynamiques pour le port de Gros Cacouna Vrac solide Etude pr par e par INRS Oc anologie pour Gouvernement du Qu bec Comit Interministeriel Portuaire 73 95 p Le Hir P Monbet Y et Orvain F 2007 Sediment erodability in sediment transport modelling Can we account for biota effects Continental Shelf Research 27 8 1116 1142 Li C W et Yan K 2007 Numerical investigation of wave current vegetation interaction Journal of Hydraulic Engineering 133 7 794 803 Lin W Q Sanford L P et Suttles S E 2002 Wave measurement and modeling in Chesapeake Bay Continental Shelf Research 22 18 19 2673 2686 Londhe S N et Panchang V 2006 One day wave forecasts based on artificial neural networks Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 23 11 1593 1603 Lovas S M et Torum A 2001 Effect of the kelp Laminaria hyperborea upon sand dune erosion and water particle velocities Coastal Enginee
87. re oit comme valeur d entr e le spectre de vagues E c 0 la profondeur ce point et les param tres de chaque couche de v g tation La routine est optimis e afin d viter les calculs inutiles et pour cela l algorithme effectue des tests pour savoir si les calculs valent la peine d tre fais pr sence d eau de vagues et de v g tation cet endroit Par la suite les param tres Hmo et Tmo sont calcul s afin de remplacer le spectre complet par une vague unique dans les calculs de t ms A eq 2 17 La premi re boucle est celle des fr quences Encore l l algorithme contient des raccourcis qui permettent d viter des calculs inutiles Dans le cas o il n y a aucune nergie pour cette fr quence les calculs s interrompent et passent l it ration suivante Il en va de m me dans le cas o pour cette fr quence l eau est trop profonde pour que les vagues atteignent la v g tation pr s du fond si sinh gt sinh k q A 4 Ensuite arrive la boucle pour les diff rentes divisions verticales de la v g tation Les principaux calculs de la dissipation sont alors effectu s tant donn que ceux ci d pendent de la fr quence et de la hauteur Pour la derni re boucle celle des directions il ne reste qu utiliser la variance spectrale E on 0m de la fr quence et dans la direction en question pour calculer la dissipation CO ett Cette dissipation peut alors tre ajout e a la k 28 dissipati
88. ring 44 1 37 63 Madsen J D Chambers P A James W F Koch E W et Westlake D F 2001 The interaction between water movement sediment dynamics and submersed macrophytes Hydrobiologia 444 1 3 71 84 75 Mendez F J et Losada I J 2004 An empirical model to estimate the propagation of random breaking and nonbreaking waves over vegetation fields Coastal Engineering 51 2 103 118 Mendez F J Losada I J et Losada M A 1999 Hydrodynamics induced by wind waves in a vegetation field Journal of Geophysical Research Oceans 104 C8 18383 18396 Mirfenderesk H et Young I R 2003 Direct measurements of the bottom friction factor beneath surface gravity waves Applied Ocean Research 25 5 269 287 Moeller I Spencer T et French J R 1996 Wind wave attenuation over saltmarsh surfaces Preliminary results from Norfolk England Journal of Coastal Research 12 4 1009 1016 Moghimi S Gayer G Gunther H et Shafieefar M 2005 Application of third generation shallow water wave models in a tidal environment Ocean Dynamics 55 1 10 27 Moller L 2006 Quantifying saltmarsh vegetation and its effect on wave height dissipation Results from a UK East coast saltmarsh Estuarine Coastal and Shelf Science 69 3 4 337 351 Miller I et Spencer T 2002 Wave dissipation over macro tidal saltmarshes Effects of marsh edge typology and vegetation change Journal of Coastal Research SI 36 506 52
89. rouge repr sente les r sultats mesur s Une premi re s rie de mod lisations a d abord t faite sans consid rer la v g tation La Fig 16 illustre plus pr cis ment les r sultats de la mod lisation des vagues pr sentes le 13 septembre 2007 a 4h00 Fig 6 Dans ce cas la direction de propagation est pratiquement la m me que pour le transect V2 V4 La hauteur des vagues mod lis es calcul e sans les nergies des vagues de plus de 0 5 Hz q 2 21 et des vagues de moins de 0 04 Hz cf section 2 3 diminue l g rement a l approche du rivage mais la majorit de l nergie se dissipe au del de V4 dans la partie la plus rapproch e de la c te En comparant le spectre de vagues mesur en V2 et celui simul 40 au m me endroit ceux ci concordent pour les fr quences entre 0 1 Hz et 0 5 Hz Pour les fr quences plus basses les donn es mesur es d passent l g rement celles simul es et pour les plus hautes fr quences les donn es mesur es sont en deca des valeurs pr vues par le mod le SWAN Au total la simulation surestime la hauteur des vagues d un facteur de 1 7 Pour les stations V3 et V4 la diff rence entre les deux courbes s accentue davantage l nergie simul e par le mod le est pratiquement toujours plus lev e que celle mesur e La sur valuation de la hauteur significative passe a la station V3 aun facteur de 2 9 et de 5 7 a V4 Le Tableau 6 repr sente en r sum la mod lisation de plusi
90. s enregistr es la station V2 comme conditions la fronti re sup rieure La 6 ne sera pas prise en consid ration grille normale utilise les donn es simul es par la mod lisation de la grille 1 Fig 1 Cette derni re utilise les donn es de la station VI comme car ces erreurs ne sont pas dues la UNI MR de cU T a conditions a la fronti re sup rieure v g tation Ces erreurs sont consid r es comme tant intrins ques au mod le et elles ne doivent pas tre compens es par la calibration de la v g tation Les s quences bursts qui ont t choisies sont celles qui s tendent du 23 septembre 23h30 au 24 septembre 1h30 burst 846 850 jour 23 sur la Fig 10 Durant cette p riode les vagues ont atteint une hauteur significative de 13 4 cm V2 ce qui est suffisant pour d tecter la dissipation g n r e par la v g tation Cet pisode se situant entre les heures de mar e HM 1 et HM 1 La Fig 18 illustre les spectres des stations V3 et V4 des 5 bursts utilis s pour la calibration avec pour chacune les mesures de terrain les simulations sans v g tation et celles avec la v g tation Par contre pour le burst 846 la propagation des vagues de la 42 station V3 vers V4 ne sera pas prise en compte car l nergie des vagues se situe principalement au dessus de 0 5 Hz Cette portion du spectre est difficile 4 mesurer par les houlographes les houlographes sont situ s pr s du fond et les vagues d
91. s qui ont une dynamique s dimentaire grandement model e par l hydrodynamisme local caus par les vagues Celles ci en se propageant dans les marais contribuent au transport du s diment en place D un autre c t la v g tation pr sente dans ces marais freine l action des vagues tout au long de leur progression Il est donc important de bien conna tre l interaction entre la v g tation et l hydrodynamisme de vagues Le but de ce travail est de construire un mod le num rique de vagues qui soit en mesure de simuler la propagation des vagues dans les zones littorales ayant une couverture v g tale Le mod le de vagues SWAN a t utilis comme mod le de base et une routine y a t ajout e afin de calculer l nergie des vagues dissip e par la v g tation La mod lisation de cette routine est bas e sur le calcul de la force de train e caus e par le mouvement entre l eau et la v g tation et ce sur l ensemble de la hauteur de la couverture v g tale Ce calcul est r p t ind pendamment pour chacune des fr quences de vagues et pour chaque direction de propagation Une s rie de mesures de terrain a t r alis e en vue de calibrer les param tres de cette nouvelle routine Le mod le SWAN utilis sans consid rer la v g tation donne une hauteur significative en moyenne trois fois plus lev e que les donn es r ellement mesur es a la station la plus haute dans le marais La nouvelle routine a permis d obtenir un
92. septembre au 6 octobre 2007 et il mesurait la hauteur et la direction des vagues une fr quence de 2 Hz pendant 10 min a toutes les 30 min L analyse spectrale directionnelle a t faite en utilisant les logiciels WaveMon et WaveView 2 9 t x position de surface de l eau par rapport au niveau moyen m Enm Variance spectrale la fr quence f dans la direction m Hz deg 46 diff rence entre 0 et Om deg vecteur nombre d ondes associ f q 2 15 dans la direction d mz n l Dans le cas d une variance spectrale directionnelle Enm les param tres tels que Hing q 2 7 et Tmo q 2 8 se calculent de la m me fa on mais les moments du spectre d nergie m q 2 6 se calcul avec Emn q 2 10 De plus il est possible d utiliser Enm pour calculer la direction de propagation moyenne q 2 11 IAHR 1989 m retro de df E 0 Git hel directionnelle 2 10 00 0 arctan my mo 002m 2 11 m E f 0 k cos sin p 00 18 2 2 Mod lisation Le mod le num rique SWAN Le mod le SWAN Simulation of WAves in Nearshore Booij et al 1999 est bas sur l quation d action qui d crit le comportement d une oscillation quelconque dans l espace 0 densit d action des vagues 7pg E o 0 a J s m E a 0 variance spectrale Un ga fr quence angulaire relative Ot ex p
93. sultats mesur s la courbe rouge les donn es simul es sans v g tation et la courbe verte les donn es simul es en consid rant la v g tation 48 station Pour les stations V3 et V4 le fait d ajouter la v g tation rapproche les valeurs simul es de celles mesur es sur le terrain Ce rapprochement est plus vident en ce qui concerne les valeurs de hauteur significative a la station V3 la simulation surestime encore la hauteur des vagues mais V4 la simulation se rapproche grandement des mesures Le Tableau 6 montre le reste des r sultats pour les autres bursts utilis s pour la validation Les bursts utilis s pour la calibration 846 a 850 y sont illustr s mais ils ne seront pas pris en compte lors des prochains calculs Pour la station V2 les valeurs de hauteurs significatives restent encore une fois pratiquement inchang es Pour tous les bursts l ajout de la v g tation tend a rapprocher les simulations des mesures de terrain aux stations V3 et V4 En effet lors de la mod lisation sans v g tation les r sultats des stations V2 V3 et V4 qui se situent dans l intervalle 0 5 H mes lt H mo lt 2 H mes repr sentent respectivement 46 1 22 6 est 6 5 Par contre lors des mod lisations avec la v g tation les r sultats qui se situent dans cet intervalle repr sentent 51 6 58 1 et 96 7 C est la station V4 que le changement est le plus important les simulations sans v g tation qui se rapproch
94. surge hazard in Canada Natural Hazards 28 2 3 407 431 Dean R G et Bender C J 2006 Static wave setup with emphasis on damping effects by vegetation and bottom friction Coastal Engineering 53 2 3 149 156 Drapeau G 1992 Sediment Dynamics in the St Lawrence Estuary G ographie physique et quaternaire 46 2 233 242 Drapeau G et Morin R 1981 Contribution des vagues au transport des s diments littoraux dans la r gion de Trois Pistoles estuaire du Saint Laurent Qu bec G ographie physique et Quaternaire 19 2 245 251 Fonseca M S et Cahalan J A 1992 A preliminary evaluation of wave attenuation by 4 species of seagrass Estuarine Coastal and Shelf Science 35 6 565 576 74 Goda Y 2003 Revisiting Wilson s formulas for simplified wind wave prediction Journal of Waterway Port Coastal and Ocean Engineering 129 2 93 95 Gorman R M et Neilson C G 1999 Modelling shallow water wave generation and transformation in an intertidal estuary Coastal Engineering 36 3 197 217 Holthuysen L 2007 Waves in Oceanic and Coastal Waters Cambridge University Press Cambridge 448 p Holthuijsen L H Herman A et Booij N 2003 Phase decoupled refraction diffraction for spectral wave models Coastal Engineering 49 4 291 305 IAHR 1989 List of Sea State Parameters Journal of Waterway Port Coastal and Ocean Engineering 115 6 793 808 Johannessen T B et Swan C 2002 On the nonlinea
95. tall s aux stations V2 et V4 11 Caract ristiques des stations vegl veg8 L altitude a t d termin e partir du relev topographique eee 13 Caract ristiques des vagues mesur es pour une s lection des bursts de l exp rience de terrain cf texte s 36 Cp obtenu lors de la calibration des bursts 8464850 sss 42 Comparaison entre les enregistrements effectu s sur le terrain et les mod lisations avec et sans v g tation pour la grille _ 49 Revue de la litt rature des tudes qui ont effectu des simulations de vagues en utilisant sss 60 Caract ristiques des cinq bursts qui ont servi lors de la simulation des Sc narios 61 Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Fig Vil Liste des figures 1 Carte marine de la batture de l Isle Verte et emplacements de l ADCP V1 et des trois houlographes V2 V3 V 9 2 Photographies du marais de l Isle Verte prises le 5 septembre 2007 lors de l installation des houlographes 10 3 Topographie de la grille 2 mesur e en 2007 11 4 Montage qui permet de photographier une section de la v g tation 13 5 A Exemple d image binaire d une section de la v g tation station veg4 B Obstruction volumique de la v g tation sss 13 6 Mod lisation du comportement des vagues dans la grille 1 le 13 septembre 2007 4h00 avec les vagues mesur es en VI eee 19 7 Division vertic
96. te et la densit des plantes va en diminuant Par contre la densit de biomasse ne semble pas suivre de tendance claire en fonction de la position dans la zone intertidale D un autre c t la densit de biomasse et l obstruction de la v g tation ont des tendances similaires 0 6922 p 0 01 Ce lien est tr s cons quent car plus il y a de biomasses 3 un endroit plus la couverture v g tale risque d tre importante En revanche la disposition de la biomasse peut faire en sorte que l obstruction des v g taux ne soit pas celle attendue Par exemple pour la m me biomasse des plantes avec un petit nombre de grosses tiges 53 risquent de moins bloquer le passage de l eau que des plantes avec un grand nombre de petites tiges Une faut donc pas d duire l obstruction v g tale en mesurant seulement la densit de la biomasse Pour ce qui est des mesures de l att nuation des vagues par la v g tation le Tableau 4 pr sente quelques exemples de moments ot l effet de la couverture v g tale est perceptible Les valeurs du param tre a d finissent la r duction de la hauteur des vagues selon le mod le exponentiel q 3 1 Lors de la pr sente tude celles ci se sont av r es tre plus grandes que celles pr sent es dans les autres travaux consult s dans la litt rature Tableau 1 En effet a se situe entre 335 m et 4611 m avec une m diane de 778 m lors des mesures effectu es sur la batture pr s de l le
97. tobre 2007 durant deux cycles complets de mar e de vive eau morte eau Fig 10a Au cours de cette p riode la houle a atteint une hauteur significative de m Fig 10c y a un lien entre la force du vent et la hauteur des vagues les pisodes de forts vents conduisent des pisodes de grande houle Fig 10b c Par contre la corr lation entre le vent et la hauteur significative des vagues est statiquement significative R 0 48 p lt 0 01 La Fig 11 montre que lors des mesures des vagues les vents provenaient majoritairement du sud ouest Une portion importante des vents viennent du nord ouest pratiquement dans la m me direction que le transect V1 V4 La hauteur des vagues la station V2 Fig 10d est Faible 10 30 km h Moyen 30 50 km h HH Forts 50 km h Fig 11 Direction d o proviennent les vents pendant l exp rience Les vents sont s par s en trois cat gories les vents faibles 10 30 km h les vents moyens 30 50 km h et les vents forts 50 km h L axe radial repr sente le nombre 90 d heures o les vents taient dans cette direction 200h 32 videmment li e a celle mesur e V1 mais aussi au cycle de mar e car V2 est hors de l eau a mar e basse Les stations un houlographe a t d ploy V2 a V4 et celles une analyse de la v g tation a t faite vegl veg8 se trouvent sur un m me transect perpendiculaire la c te Fig 1 Pour cette
98. ude latitude Pour une grille de type REGular xpinp ypinp coordonn es x et y de l origine de la grille d entr e alpinp angle de la grille d entr e par rapport l axe des x mxinp myinp nombre de cellules en x et en y que poss de la grille d entr e dxinp dyinp taille des cellules en x et en y de la grille d entr e Pour une grille de type CURVi linear habituellement x signifie la longitude et y la latitude stagrx stagry position initiale en x et en y de la grille d entr e par rapport la grille de calcul Par exemple 0 5 indique que la grille de calcul d bute mi chemin de la premi re cellule de calcul dxinp dyinp taille des cellules en x et en y de la grille d entr e NONSTATionary L utilisateur peut d cider de faire varier la v g tation dans le temps si la simulation se fait en mode non stationnaire tbeginp moment initial de la variable deltinp dur e des intervalles de temps avec les unit s d finies avec la prochaine option SEC MIN HR DAY tendinp moment final de la variable 83 fnamel READinp lt VEGetation vegnb gt facl lt SERIES fname2 FREe amp lt gt UNFormated READinp Ce mot clef doit suivre INPgrid II indique les param tres de lecture du fichier qui contient les valeurs d entr e des conditions environnementales VEGetation Indique que les param tres de lecture qui suivent consernent la v
99. ul e ind pendamment pour chacune des vagues de fr quences diff rentes De plus cette dissipation a t consid r e sur l ensemble de la hauteur de la v g tation en int grant sur la verticale les pertes d nergie induites par la v g tation Par la suite un algorithme a t construit afin de calculer de facon num rique l effet de cette dissipation d nergie sur le comportement des vagues Le mod le SWAN Holthuijsen 2007 a t utilis pour int grer l effet de la v g tation aux autres conditions environnementales En effet SWAN est couramment utilis pour pr dire l aspect des vagues en milieux c tiers face diverses conditions environnementales telles le vent et la topographie du milieu Une fonction suppl mentaire qui sert calculer la dissipation de l nergie des vagues au contact avec la v g tation a donc t int gr e ce mod le d j existant Cette approche a pour but de pouvoir appliquer SWAN a des zones c ti res o sont situ s des marais sal s Une s rie de mesures effectu es dans le marais de l Isle Verte a permis d effectuer les calibrations n cessaires de ce nouveau mod le et de juger de la fiabilit de ces mod lisations 2 Mat riel et m thodes 2 1 Mesures de terrain EI E Fig Carte marine de la batture de l Isle Verte et emplacements de ADCP VI el des trois houlographes V2 V3 V4 La zone d tude est couvert part deux grilles une premi re plus tendu
100. ulation quelques endroits aux tats Unis pour obtenir un coefficient de d termination entre 0 45 et 0 86 selon les endroits 11 semble 56 donc que les simulations de vagues n arrivent pas toujours reproduire pr cis ment la r alit Dans le cas de la pr sente tude une fois que l effet de la v g tation a t inclus dans le mod le de vagues le coefficient de corr lation varie entre 0 57 et 0 75 Ceci en comparaison avec les autres tudes est acceptable m me s il reste encore un cart non n gligeable entre la mod lisation et les vagues pr sentes sur le terrain Celle ci peut tre dut l impr cision de la bathym trie la macrorugosit du fond et aux mesures du vent qui ont t faites a environ 15 km du milieu tudi Tableau 7 Revue de la litt rature des tudes qui ont effectu des simulations de vagues en utilisant SWAN Gorman et Neilson 1999 Port de Manukan Nouvelle dynamique non lin aire four Z lande wave Padilla Hernandez et Monbaliu Lac George Australie friction du fond 2001 Wood et al 2001 Tunnel de vagues triad interactions breaking Johannessen et Swan 2002 Tunnel de vagues dynamique non lin aire Lin et al 2002 Baie de Chesapeake USA interaction vent vagues Rogers et al 2002 Lac Michigan et interaction vent vagues Baie du Mississippi USA Wornom et al 2002 Golf du Mexique effet global des vagues Holthuijsen et al 2003 Tun
101. ur d onde cosh k z 4 profondeur sous le niveau de l eau ao cos kx t n gatif vers le bas sinh ka profondeur positif fr quence angulaire 2x sinh k z d sinh k z d kx ot o amplitude des vagues Hwaves 2 m sinh kd l angle de d phasage deg 21 Dans le cas des vagues le lien entre la fr quence angulaire w et le nombre d ondes k est la relation de dispersion bien connu qui s crit w gk tanh kh 2 15 Le mod le SWAN est bas sur l quation d action q 2 12 ce qui signifie qu il est recommand d inclure une source Sen qui ne varie pas dans le temps sinon cette source devra tre incorpor e a l quation d action sous sa forme spectrale Afin d viter d avoir a faire l analyse spectrale de la force de train e origine de la dissipation de l nergie des vagues il est n cessaire de consid rer la force de train e de fa on constante dans le temps cela simplifie donc sa compatibilit avec les autres termes de l quation 2 12 Le seul param tre dans la force de train e qui dans le cas des vagues varie avec le temps est la vitesse de l eau Cette vitesse fluctue de fa on sinusoidale Celle ci sera remplac e dans les calculs par une valeur de vitesse constante la vitesse ums root mean square Le calcul est ais pour une onde harmonique simple aw cosh k z d Stm o 2 16 J2 sinh kd Par contre la valeur de A
102. ure de la zone intertidale et couvre essentiellement le marais inf rieur La section entre VI et V2 est d pourvue de v g tation rigide Z marina est flexible et le fond y est parsem de bloc 0 5 m 2 m Les vagues ont t mesur es dans la p riode allant du 6 septembre au 4 octobre 2007 lors de la p riode pendant laquelle la biomasse v g tale est maximale Sp alterniflora atteignait alors une hauteur entre 14 cm et 31 cm Tableau 2 Caract ristiques des stations V1 V4 Un ADCP a t install la station VI et trois houlographes ont t install s aux stations V2 V3 et V4 Distance Altitude partir de partir du z ro des V2 cartes marines m Temps de Submersion Commentaire 391385 97 5327922 53 100 9 m tres devant 393504 25 5324973 65 53 6 les derni res zones de Sp alterniflora Milieu du marais inf rieur Sommet du marais inf rieur 393740 80 5324767 51 34 9 393928 31 5324598 60 24 0 A cet endroit le niveau moyen de l eau est situ 2 4 m Le temps de submersion est d fini comme tant la fraction du temps il y a au moins 20 cm d eau hauteur des capteurs de pression au dessus du sol durant l exp rience Topographie Un relev topographique de la m 1 N D gt gt r gion a t accompli l aide d un S V2 r cepteur GPS de pr cision Les ess e 227035 e 08 zz mesures ont t
103. us est plus complexe calculer si cette houle est compos e de plusieurs ondes de fr quences et de directions diff rentes 22 cosh Dit z d uns iaa z sinn fra 2af E f 0 afdo 2 17 ER E tant la variance spectrale directionnelle des vagues Comme l utilisation de cette quation risque d tre trop intensive en calcul dans le cadre d une division verticale de la v g tation Sera simplifi en consid rant la houle comme tant une seule onde celle qui est pr dominante Celle ci est consid r e comme tant une vague ayant une hauteur gale Hmo q Fig 7 Division verticale de la v g tation en 2 7 et une p riode Tu q 2 8 suffit donc couches de Lu 15 s par es aux hauteurs h hs Les divisions sont de prendre la formule 2 16 et de remplacer tablies aux endroits o la densit de la v g tation change l amplitude a par H 2 et le nombre d onde k par kmo associ la p riode Cette approximation permettra donc d avoir un profil de vitesse qui d pendra seulement de la hauteur verticale et non du spectre complet de vagues et de ses divisions de fr quences et de directions df et d0 Pour calculer l nergie dissip e par la v g tation pour chaque fr quence il faut multiplier l quation de la force de train e force qui ne d pend pas de la fr quence et la vitesse orbitale propre chaque fr quence q 2 18a Le f
104. v g tation ait t l g rement plus lev e la fin de l exp rience qu au d but Pour la mod lisation la v g tation a t simplifi e en deux couches avec pour chacune la valeur moyenne de l obstruction mesur e Pour les stations veg5 et veg6 les valeurs des couches ont t calcul es partir des mesures du 5 octobre afin d avoir une certaine coh rence avec les stations veg7 et veg8 qui se situent galement entre V3 et V4 Les houlographes ont fait la mesure des vagues chaque demi heure tout au long de l exp rience Durant cette p riode les p riodes de forte houle sont d un plus grand int r t Par exemple les donn es prises le 13 septembre 2007 4h00 montrent la progression de vagues en provenance du nord ouest Fig 14 de la station V1 jusqu la station V4 Les vagues proviennent du nord ouest 324 8 ce qui se rapproche de la direction des vents qui arrivent avec un angle de 300 La houle poss de donc un bon angle pour que sa propagation se fasse dans la m me direction que le transect V1 V4 Lors de son cheminement la hauteur significative de la houle en V1 est plus faible qu en V2 Fig 15 Par la suite celle ci diminue au fur et mesure qu elle perd de l nergie entre V2 et V4 De plus de V1 V4 la fr quence moyenne des vagues augmente car les vagues de basse fr quence sont plus fortement att nu es que celles de haute fr quence 19000 Sne 321 0 8000 310 vent 7000 6000
105. vagues Cette fonction fut calibr e en utilisant des mesures effectu es sur un transect perpendiculaire a la c te dans la r gion de l Isle Verte L ajout de la v g tation a donn en moyenne des dissipations de 80 sur 566 m sur l ensemble du marais Le nouveau mod le a aussi permis d examiner l influence de divers param tres D abord l att nuation des vagues diminue avec la hauteur de la colonne d eau mais pour la v g tation tudi e cette att nuation devient n gligeable au dessus de 3 m Ensuite l att nuation augmente avec la densit de la v g tation mais cette augmentation est surtout marqu e pour les faibles densit s Finalement l att nuation est importante pour les vagues ayant une p riode de plus de trois secondes et elle est moins notable pour les vagues de plus courte p riode La prochaine tape pour que le mod le SWAN soit en mesure de simuler efficacement la dissipation de l nergie des vagues caus e la v g tation serait d inclure 72 aussi l effet des herbiers Zostera marina pour la r gion de l le Verte En effet l cart entre les simulations et les donn es de terrain a la station V2 s explique en partie par le fait que la dissipation au niveau de l herbier n a pas t consid r e Par contre la Z marina est une plante flexible et donc sa position est fortement influenc e par le mouvement de l eau Cela complique grandement le calcul de la force de tra n e i
106. x 1 valeur de variance spectrale mesur e sur le terrain Cette calibration a t faite pour un pisode de vagues importantes qui s est produit du 23 septembre 23h30 au 24 septembre 1h30 Afin de v rifier si le mod le est fiable 29 celui ci a t valid en comparant les mesures de terrain aux vagues simul es pour les autres pisodes ou les vagues taient assez lev es pour se propager vers le marais La hauteur significative Hmo et la p riode moyenne Tmo ont t utilis es pour comparer ces spectres Par contre les appareils de mesure utilis s des houlographes avec capteur de pression d tectent mal les vagues de hautes fr quences car ils sont positionn s sur le fond o ces vagues sont peu perceptibles Les mesures de terrain des vagues dont la fr quence est plus haute que 0 5 Hz sont peu fiables En fait le facteur de correction qui compense l att nuation des vagues sur la verticale q 2 5 serait trop important pour ces hautes fr quences et cela amplifierait de mani re substantielle les bruits de l appareil Aussi l att nuation n a pas t corrig e pour les fr quences sup rieures 5 Hz De plus les oscillations qui ont une fr quence plus petite que 0 04 Hz ont aussi t ignor es car ils sont souvent dus des effets de mar es ce qui est hors de notre champ d tude Afin de comparer les donn es simul es avec des mesures fiables la hauteur significative et la p riode moy

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