hymosed - gip seine-aval€¦ · tls, drone) pour le suivi des vasières intertidales pertinence...

Séminaire Seine-Aval 5, Rouen, 17 mai 2017

HYMOSEDModélisation du fonctionnement HYdro-

MOrpho-SEDimentaire de l’estuaire de Seine

J. Ammann, F. Ardhuin, M. Beauverger, C. Delacourt, J. Deloffre, D. Doxaran,

P. Grandjean, F. Grasso, M. Jaud, V. Lafon, N. Le Dantec, P. Le Hir, J. Le Mercier,

E. Maneux, E. Schulz, M. Simon, B. Thouvenin, R. Verney

Objectif du projet

Apporter une meilleure compréhension du fonctionnement

hydro-morpho-sédimentaire de l’estuaire de la Seine

(échelles événementielles, saisonnières, annuelles)

2

Organisation du projet

3

ME

SU

RE

SM

OD

ÉL

ISA

TIO

N

Contribuer à l’évaluation des transferts sédimentaires

intra-estuariens

Rôle des vasières intertidales sur

le stockage des sédiments fins

Evaluer différentes approches

altimétriques pour accéder aux

évolution morphologiques

Dynamique du bouchon

vaseux par imagerie satellite

Utilisation des images couleur de

l’eau pour quantifier les

concentrations en MES de surface

Etudier et quantifier la dynamique hydro-morpho-sédimentaire

de l’estuaire aval

Dynamiques du

bouchon vaseux

Influence des forçages

(débit, marée, vagues)

Morphodynamique

et substrat sédim.

Evolutions de

l’embouchure, des

vasières intertidales

Flux et bilans

sédimentaires

Tempêtes, saisons,

années (sèche,

humide, tempétueuse)

Suivi altimétrique des vasières intertidales

4

Vasière Nord

Tancarville

Pte de la Roque

Différentes méthodes de suivi altimétrique

5

Echosondeur (Altus)

Résolution : ~0,1 mm

Surface : ~1 cm2

Mesures continues

Imagerie drone

(stéréoscopie)

Résolution : 2 cm

Surface : 50 000 m2

Mesures ponctuelles

Terrestrial Laser

Scanner (TLS)

Résolution : ~1 mm

Surface : ~2000 m2

Mesures ponctuelles

6

Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr0

500

1000

1500

Q (

m3/s

)

Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr

4TR

(m

)


1000

2000

3000

p90

Tu

rbF

at

(NT

U)


0.2

0.4

0.6

Hs (

m)

Uw

(m

/s)

p90 HsVN3

p90 UbrVN3


2

4

hm

ax (

m)

VN3 Slikke

VN2 Middle

VN1 Schorre


-100

-50

0

50

100

z (

mm

)


Years 2014-2016

-15

-10

-5

0

5

10

15

z (

mm

)


500

1000

1500

Q (

m3/s

)


4TR

(m

)


1000

2000

3000

p90

Tu

rbF

at

(NT

U)


0.2

0.4

0.6

Hs (

m)

Uw

(m

/s)

p90 HsVN3

p90 UbrVN3


2

4

hm

ax (

m)

VN3 Slikke

VN2 Middle

VN1 Schorre


-100

-50

0

50

100

z (

mm

)


Years 2014-2016

-15

-10

-5

0

5

10

15

z (

mm

)


500

1000

1500

Q (

m3/s

)


4TR

(m

)


1000

2000

3000

p90

Tu

rbF

at

(NT

U)


0.2

0.4

0.6

Hs (

m)

Uw

(m

/s)

p90 HsVN3

p90 UbrVN3


2

4

hm

ax (

m)

VN3 Slikke

VN2 Middle

VN1 Schorre


-100

-50

0

50

100

z (

mm

)


Years 2014-2016

-15

-10

-5

0

5

10

15

z (

mm

)

Marnage (m)

Vagues (m)

Altimétrie (mm)

Erosion/dépôt (mm)

Années 2014-2016

Augmentation des dépôts en vives eaux

Réduction des dépôts (ou érosion) en période de vagues (Uw)

Mesures haute-fréquence Altus en Vasière Nord

Ero

sio

n

(mm

)D

épôt Uw = [0-6] cm/s

Uw = [6-15] cm/s

Uw = [15-30] cm/s

Marnage (m)Mortes

eauxVives

eaux

Uw = vitesse orbitale des vagues

Compromis : fréquence / résolution / spatialisation

7

Mars 2015 Sep. 2015Sep. 2014

Sep. 2015 – Mars 2015

+54 m3 -360 m3 = -306 m3

+2,2 cm -6,9 cm : -4 cm

Mars 2015 – Sep. 2014

+310 m3 -130 m3 = +180 m3

+7,8 cm -3,5 cm : +2,3 cm

Compromis : fréquence / résolution / spatialisation

Morphodynamique de la Vasière Nord (drone)

8

Suivi altimétrique des vasières intertidales

Pertinence des approches TLS et drone pour le suivi altimétriques

des vasières intertidales (environnement vaseux, saturé, plat)

Quantification des évolutions morphologiques des structures

sédimentaires des différentes vasières (transferts sédimentaires) en

relation avec les forçages hydrométéorologiques (position du

bouchon vaseux)

Complémentarité des approches Altus, TLS et drone

(fréquence, résolution, spatialisation, mise en œuvre)

Satellite : couleur de l’eau MES surface

9

Archive MODIS AQUA FR 2002-2014 (250m) – 2 bandes spectrales

y=1,5365x-0,3642R²=0,95273

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

SSC(g/l)

Rrsra o

HybridMODISFRcalibra on

Mortes eaux,

Marée basse

Vives eaux,

Marée haute

Images satellite à ~12h

Images couleur de l’eau

Nouvelle calibration

Concentration MES m(g/l)

Occurrence des images satellite

10

Images satellite « exploitables » représentatives des conditions annuelles

(période 2002-2016)

Totalité des images

Images « exploitables »

MES par satellite : influence du débit

11

Extension du panache turbide à l’embouchure en période de crue…

… mais la masse du bouchon vaseux n’augmente pas nécessairement

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

MES par satellite : influence des vagues

12

Remise en suspension des sédiments

à l’embouchure en période de vagues

mg/l

mg/l

mg/l

mg/l

Quantification du panache

(aire, masse) pour ≠ conditions

hydrométéorologiques

Modélisation numérique 3D (curviligne)

13

50 km

Maillage curviligne : ~30 m à l’embouchure / ~2 km au large

Modèle hydrodynamique : MARS3D, 10 couches verticales

Forçages réalistes : vent, vagues, marée, débits liquides/solides (Seine ± tribut)

[Lazure and Dumas, 2008 ; Kervella et al., 2012 ; Roland and Ardhuin, 2014]

Modèle sédimentaire : MUSTANG,

advection/diffusion/consolidation,

multi-couches, multi-classes

(1 gravier, 3 sables, 1 vase)

[Le Hir et al., 2011; Grasso et al., 2015]

Validation du modèle hydro-sédimentaire

14

Période 2010-2011 et 2014-2015 :

Hauteur d’eau, courants, vagues, salinité fond/surface, turbidité fond, dragages

GPMH/GPMR

[Projets MODEL, FLUMES (Seine-Aval 4), réseau SYNAPSES]

Fatouville

Tancarville

Balise A

Position du bouchon vaseux

15

Concentration MES surface

Position du BV en pk

(médiane / marée)


16

Fatouville

Tancarville

• Position du BV modulée par les cycles de

marée semi-diurne, les cycles VE/ME et le

débit

• Forte réactivité du BV aux variations de

débit de la Seine

Position BV / marée

Fatouville

Tancarville

Balise A

Aval

Amont


17

• BV en amont en VE (pompage tidal)

• BV remonte en forte ME (gradient de salinité)

• Hystérésis : inertie pour mettre en place le pompage tidal

xBV = xQ BV + xTR BV (TR = Tidal Range)

Fatouville

Tancarville

Balise A

Aval

Amont

Revif : augmentation du marnage (ME VE)

Déchet : diminution du marnage(VE ME)

RevifDéchet

Aval

Amont

Vives

eaux

Morte

eaux

Position du BV : 2015 vs 1978 [Avoine et al., 1981]

18

• 1960 1978 : Migration du BV vers l’aval [Avoine et al., 1981]

• 1978 2015 : Migration du BV vers l’amont (2-14 km)

• Asymétrie de marée plus forte en 1960 et 2015 qu’en 1978 [ANPHYECO (SA5)]

Renforcement du pompage tidal BV plus en amont en 1960 et 2015

Fatouville

Tancarville

Balise A Basse

mer

Pleine

mer

2015 (model)1978 (Avoine)

Flux et bilans sédimentaires : forçages

19

Flux et bilans sédimentaires : frontières / zones

20

Evo

lutio

n s

tock s

éd

ime

nta

ire

(mm

/jo

ur)

Accrétion

Erosion

Année de référence (aout 2010 – aout 2011)

Résiduels annuels : années sèche / humide / tempête

21

Sè

ch

eH

um

ide

Te

mp

ête

Export plus faible

en année humide

Export plus fort en

année tempétueuse

Evolution stock sédimentaire (mm/jour) Différence / Référence (mm/jour)

Flux sédimentaires : offshore, embouchure

22

Limite « offshore » Humide

Tempête

Tempête

Référence

Référence

Cu

m. m

ass flu

x (

10

9kg

)C

um

. m

ass flu

x (

10

9kg

)

offshore

Limite « Honfleur »

Humide

Tempête

RéférenceHonfleur

Flux sédimentaires : influence tributaires

23

+ débits liquides/solides tributaires [Projet AFFLUSEINE (SA5)]

(Austreberthe, Cailly, Eure, Risle, Andelle, Ste Gertrude)

1991-2012 1995-1996 Juin 1996

Qtributaires/Qtotal ~ 9% ~ 15% ~ 25%

Différence AVEC – SANS tributaires (VE-ME, juin 1996)

Différence AVEC – SANS

tributaires (année 1995-96)

Stock sédimentaire (mm/jour)

SSC tributaires

avec correction

Morphodynamique : stratégie de modélisation

24

courants

vagues

transport de sédiments

morphologie

Méthode de validation

Marégraphes

Turbidité (SYNAPSES)

Altus (COLMATAGE, SA4)

Levés RH + LiDAR

Carte sédim (COLMATAGE)

Dragages (GPMH, GPMR)

Couplage

morphodynamique

Différentiels bathymétriques

25

frottement fort & déferlementRéférence morpho

Observé sur 2 ans

(2010-2012)

Calculé sur un an (2010-2011)(m)

Variabilité de la couverture sédimentaire

26

avant tempête

après tempête

100

% vase

0

100

% vase

0

Pourcentage de vase dans les 16 mm de surface des sédiments

Simulation des érosions/dépôts sur la Vasière Nord

27

-6

-4

-2

0

2

4

0 5 10

0

500

1000

1500

1-août 31-août30-sept.30-oct. 29-nov.29-déc.28-janv.27-févr.29-mars28-avr. 28-mai 27-juin 27-juil.

Marée à Honfleur

Ero

sio

n

D

épôt

Cote initiale

des mailles

Niveau

moyen

Débit de la Seine

Ƞ(m

)Q

(m

3/s

)

Conclusions

28

ME

SU

RE

S

Objectif : Contribuer à l’évaluation des transferts sédimentaires

intra-estuariens

Complémentarité des différentes

approches altimétriques (Altus,

TLS, drone) pour le suivi des

vasières intertidales

Pertinence des images satellite

pour étudier la dynamique du

panache par forte turbidité (limite

pour l’étude du bouchon vaseux)

MO

DÉ

LIS

AT

ION

Objectif : Etudier et quantifier la dynamique hydro-morpho-

sédimentaire de l’estuaire aval

Influence du débit,

de la marée et des

vagues sur la

position et la masse

du bouchon vaseux

Morphodynamique

cohérente à

l’échelles annuelle

(à étudier pour le

long terme…)

Augmentation de

l’export de sédiment

en année tempétueuse

(réduction en année

humide)

Données environnementales 2010-11, 2014-15 (courant, turbidité, salinité,...)[Projets SA5 : ANPHYECO, BARBèS, SUSPENSE, ZOOGLOBAL ; Projets SA6 :

MEANDRES, MORPHOSEINE, PHARESEE ; SIG Habitat fonctionnel (GIPSA)]

Séminaire Seine-Aval 5, Rouen, 17 mai 2017

HYMOSEDModélisation du fonctionnement HYdro-

MOrpho-SEDimentaire de l’estuaire de Seine

J. Ammann, F. Ardhuin, M. Beauverger, C. Delacourt, J. Deloffre, D. Doxaran,

P. Grandjean, F. Grasso, M. Jaud, V. Lafon, N. Le Dantec, P. Le Hir, J. Le Mercier,

E. Maneux, E. Schulz, M. Simon, B. Thouvenin, R. Verney

Hauteurs d’eau [Kervella et al., 2012]

30

Hauteurs d’eau [Kervella et al., 2012]

31

Mesures / Simulations

Vagues

32

Vagues

33


Salinité

34

Salinité

35


Concentration sédiment en suspension (SPM)

36

Concentration SPM : par cycle de marée

37


Perc 50 Perc 90

Concentration SPM : haute fréquence (15’)

38


Masse du bouchon vaseux

39

• Masse du BV fortement liée au marnage (pompage tidal)

• Très peu d’influence du débit sur la masse du BV

RevifDéchet

• Hystérésis : inertie pour mettre en place le pompage tidal

Vives

eaux

Mortes

eaux

Revif : augmentation du marnage (ME VE)

Déchet : diminution du marnage (VE ME)

Vives

eaux

Mortes

eaux

Forçage hydrodynamique : contraintes sur le fond

40

induites par les vagues

(percentile 80)

induites par les courants

(percentile 80)

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