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UNIVERSITE DE BRETAGNE OCCIDENTALE
dès Sèiences et Techniques
LABORATOIRE
ETUDE DE L'ESTUAIRE DE LA SEINE
MODELISATION DES PHENOMENES PHYSIQUES
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par
Jean Claude
de Recherches au C.N.R.S. et
Pierre LE H IR
IFREMER-DERO/EL
ngénieur de Recherches lllllllll
OEL03936
x L'estuaire de la Seine. (Document Port Autonome du Havre.)
TABLE DES
I -
II -POSITION
A -Equations de base
B -Approche de la modélisation tridimensionnelle
C -Modèles bidimensionnels en plan horizontal
D-Modèles bidimensionnels en plan l~)
E -Modèles unidimensionnels
F -Modèles pour le long terme
III -AUX ET COEFFICIENTS
A -Contrainte au fond
B -
Contrainte à la paroi
C Contrainte à la surface
D -Coefficients d'échange
E -Mesure du coefficient de dispersion horizontal
IV DE L'ESTUAIRE DE LA SEINE
A-Choix d'un programme de modélisation
B-Modèle de l'estuaire extérieur
C -Modèle unidimensionnel de 1' estuaire amont t )f > >) D -Modèle bidimensionnel de l'estuaire moyen ( 16l) E-Modèle tridimensionnel de l'estuaire extérieur
V -CONCLUSION
1 I - Les zones côtières, et les estuaires en particulier, fournissent au bien-être cie et à son activité économique une aide très apprécia ble. Contrairement au milieu terrestre pauvre en eau, et au milieu marin pau vre en éléments nutritifs, les estuaires riches de ces deux constituants sont un lieu de vie privilégié. On cannait le rôle de frayère et de nurserie qu'ils jouent pour de très nombreuses espèces. Ces estuaires sont actuellement utilisés comme collecteurs des rejets industriels et domestiques. Bien que ces rejets lorsqu'ils sont con venablement traités et dilués ne soient pas obligatoirement néfastes, il est ae première utilité de pouvoir juger de leurs effets selon leur nature, leur localisation et leur importance, pour ne pas mettre en danger la vie très intense qui règne cians ces régions. Les estuaires posseaent pour l'activité humaine un autre inté rêt considérable : celui de constituer un abri naturel et une voie de péné tration vers l'intérieur du continent très intéressant grâce à la suréléva tion au niveau de l'eau sous l'effet de la marée, et des courants souvent intenses qui l'accompagnent et augmentent la profondeur en érodant les fonds. Il n'est donc pas étonnant que la plupart des ports soient situés sur des estuaires. Pourtant, malgrè l'intérêt qu'ils présentent, les phénomènes estuariens ont longtemps échappé à tout traitement théorique, sinon pour leur aspect qualitatif, et l'on avait généralement recours, pour les étudier, à une analyse expérimentale poussée. Plus tard, l'augmentation des activités portuaires a motivé un gros effort de compréhension et de simulation des phénomènes physiques dont ils sont le siège. Effort principalement orienté vers les problèmes de navigation. C'est ainsi que sont nés les modèles phy siques, puis peu après l'apparition des calculateurs électroniques, les moaèles Aujourd'hui l'expansion industrielle, portuaire et est susceptible d'entrer en conflit avec d'autres secteurs d'activi té liés à la richesse biologique du milieu ou au tourisme et il devient né cessaire d'appréhender les phénomènes estuariens dans leur ensemble. 2 Cette nécessité est particulièrement aigue en ce qui concerne l'estuaire de la Seine, exutoire vers la mer de 40% de l'activité écono mique nationale, de 15 millions de personnes et de 20 de la superficie des terres agricoles (SAUM programme d'étude, 1977). Dans son aspect actuel cet estuaire reflète fortement une série réalisés par l'homme, dont les conséquences n'ont pas toujours été complètement évaluées. Le besoin se fait aujourd'hui sentir d'examiner les problèmes qui s'y posent d'une manière nouvelle qui prenne en compte la totalité des intérêts mis en jeu. Cette nouvelle politique d'aménagement qui a guidé la défini tion du d'étude du SAillf de l'estuaire de la Seine, et qui doit aboutir a .une véritable gestion du milieu naturel et de sa qualité se de vait de faire appel aux techniques modernes d'.investigation, et notamment aux modèles mathématiques. Ces modèles, outre l'apport iDillédiat de connais sance du milieu qu'il procurent, laisseront à la disposition des aménageurs àes outils de gestion ae l'estuaire qui dépasseront le cadre temporel de cette étude. :MODELES -HODELES Les modèles physiques, abondamment utilisés dans le passé béné ficient actuellement de beaucoup d'expérience, ils fournissent une bonne visualisation des phénomènes, mais sont handicapés par leur taille, et leur conception figée qui se traduisent par un coût élevé, et un manque de sou plesse dans leur utilisation. Certains effets dus aux distorsions d'échelle ne peuvent être éliminés, les mesures n'y sont pas toujours faciles et quel ques facteurs extérieurs tels que l'effet du vent et la force de Coriolis ne sont reproductibles qu'au prix d'exploits ·techniques. Les difficultés présentées par ces modèles sont encore d'une autre importance lorsque l'on s'intéresse non plus à l'aspect physique du système mais aux phénomènes bio logiques. On voit mal comment y reproduire les intéractions biochimiques ex trêmement complexes qui conditionnent la qualité de l'eau. Les modèles mathématiques présentent également aes inconvé nients ; ils ne peuvent encore reproduire correctement certains phénomènes wathématiqueLJent mal analysés tels que la circulation dans les trois dimen- 3 siens ou des processus sédimentologiques ou cal connus, et demanuent un investissement initial important. Au stade du fonc par contre, ils sont très bon marché, leurs résultats numéri très sont reprod·oJctibles, ils se conservent sans aucun pro blème et peuvent être tenus à jour pour accompagner l'évolution de la zone gêographique et améliorés au progrès des connaissan ces. On y inclut sans grande difficulté la force de Coriolis ou l'effet d'entrainement par le vent et ils paraissent être les seuls à pouvoir traiter du système extrêmement complexe des lois physiques, chimiques et biochimi ques, qui commandent la vie de l'estuaire, pour peu que l'ensache leur trou ver une expression mathématique. Ce sont enfin des outils d'analyse et de extrêmement puissants, capables en séparant les effets propres à chaque cause, de démonter une série de processus très complexes, dont un modèle physique ne pourrait donner qu'une image globale. Ils sont en ce sens aes outils de recherche autant que d'application.
PRECEDENTS LA
L'estuaire de la Seine a depuis longtemps déjà été l'objet de la sollicitude des ":1odélisateurs". La Société Grenobloise d'Etudes et d plications nydrauliques a éffectué à son propos un travail considérable, et de pionnier, en réalisant dès les années 1950/56 un premier modèle réduit. Nombre d'aménagements de la voie navigable y ont été étudiés, telles les digues basses à l'aval de honfleur. En 1967 un secona modèle physique a été construit par SOGREAH, accompagnê de plusieurs modèles mathématiques dont le rôle était de dégros sir les problèmes et les solutions envisageables pour diminuer le coût de fonctionnement du modèle physique, outil central des études. Ces modèles ont consisté en un modèle du secteur large qui couvrait la moitié Est de la Manche dans un système de coordonnées cylindriques, ainsi qu'un modèle d'emprise plus restreinte 2) fonctionnant à partir des résultats plus grand, et permettant de fixer ,_a limite aval du··modèle réduit. Un autre modèle mathématique de détail concernant la même zone aéjà représentée par le modèle réduit a été construit pour rationnaliser le fonctionnement du modèle physique. Sa particularité est de posséder des , .... ..:.._. __
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