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Dissertations / Theses on the topic 'Vagues – Modèles mathématiques'
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Thais, Laurent. "Contribution à l'étude du mouvement turbulent sous des vagues de surface cisaillées par le vent." Toulouse, INPT, 1994. http://www.theses.fr/1994INPT094H.
Full textAbstract:
Ce travail presente une etude experimentale en laboratoire de l'interaction entre des vagues de surface cisaillees par le vent et le mouvement turbulent (courant moyen + champ turbulent) qui se developpe sous l'interface. Deux series d'experiences ont eu lieu: l'une a fetch court (13m) dans la soufflerie air-eau de l'institut de mecanique des fluides de toulouse, l'autre a fetch plus long (26m) dans la grande soufflerie de simulation des interactions air-mer de l'institut de mecanique statistique de la turbulence de marseille. Le champ de vitesse dans l'eau a ete mesure par velocimetrie laser dans les trois directions de l'espace tandis que les proprietes du champ de vagues ont ete determinees par sondes capacitives. Une methode non-lineaire de traitement du signal a permis d'identifier les differentes contributions du champ de vitesse sous les vagues: le mouvement orbital induit par les vagues (decompose en partie potentielle et rotationnelle) et le mouvement turbulent. Le champ de vitesse orbital s'eloigne considerablement des modeles potentiels usuels. Dans les situations a fetch court la turbulence se comporte comme une turbulence de paroi classique. Par contre, quand le fetch est suffisamment long, la turbulence sous les vagues tend vers la gaussianite et la bidimensionnalite dans des plans verticaux. Parallelement l'energie cinetique turbulente ainsi que son taux de dissipation atteignent alors des niveaux nettement plus eleves que ceux observes pres d'une paroi rigide. Dans la zone des mesures de bilan d'energie cinetique turbulente est regi par un equilibre entre diffusion et dissipation. Tres pres de l'interface l'analyse de la structure de la turbulence a montre que la frequence moyenne des ejections est, d'une part deux fois plus forte en moyenne que pres d'une paroi, d'autre part fortement modulee suivant la phase des vagues. L'ensemble de ces resultats suggere une interaction directe entre les vagues et la turbulence
2
Gonzato, Jean-Christophe. "Modélisation des scènes océaniques." Bordeaux 1, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR10639.
Full textAbstract:
De nos jours, l'informatique graphique joue un role de plus en plus important. Elle permet, entre autres, d'essayer de comprendre le monde qui nous entoure en y reproduisant les principaux phenomenes naturels (feu, nuages, optiques des metaux,). L'objet de cette these est la modelisation geometrique et optique des scenes oceaniques. Plus precisement, nous voulons determiner la surface des oceans (hauteur, longueur d'onde et direction des vagues) en fonction de differentes contraintes imposees par une scene reelle (bathymetrie, digues, ports,). Pour imiter au mieux la realite, nos travaux sont bases sur differentes theories physiques. Nous proposons tout d'abord un algorithme pour la modelisation geometrique de la forme des vagues, deferlantes ou non, tant au large qu'a l'approche des cotes, base sur des equations parametriques. La prise en compte de la refraction de la houle sous l'influence du sol, de la reflexion contre les obstacles et de la diffraction derriere les digues, sont proposees dans un nouvel algorithme appele lancer dynamique de vagues. Celui-ci permet, entre autres, d'echantillonner, de maniere uniforme, l'ensemble de la scene. Enfin, un algorithme d'illumination specifique alliant modele spectral et espaces colorimetriques standards est presente. L'algorithme utilise pour la refraction de la houle admet une generalisation tri-dimensionnelle appelee lancer de faces. Celle-ci est un nouveau type de lancer de rayons (base sur les methodes de monte carlo) puissant pour le controle des differents types d'aliassages classiques en images de synthese (aliassage geometrique, de texture,).
3
Duclos, Gaëlle. "Etude et amélioration des performances hydrodynamiques d'une digue partielle." Nantes, 2002. http://www.theses.fr/2002NANT2014.
Full textAbstract:
Les digues partielles sont des brise-houle constitués d'un caisson, de forme diverse, monté sur pieux fichés au fond. Ils présentent l'avantage de pouvoir être implantés en grande profondeur et l'inconvénient d'être perméables à la houle venant du large. Une étude expérimentale et numérique est réalisée afin de comprendre le fonctionnement d'une digue partielle prédéfinie et d'en améliorer les performances hydrodynamiques. Une étude bibliographique recense les formes les plus simples et quelques formes complexes d'ouvrages et permet de comprendre le fonctionnement de ces structures, d'en déterminer les performances et les limites. Une étude consacrée à la phénoménologie de la propagation de la houle permet d'aboutir à la mise en place d'une méthode d'analyse de la houle, basée sur la méthode de Goda et Suzuki adaptée au confinement et qui prend en compte les vitesses de groupePile supported breakwaters are constituted of a free surface piercing solid caisson (of various shapes) mounted on concrete piles. They can be used in areas where water depth is too large to build conventional breakwaters, but they are partially permeable to the incoming ocean waves. Both experimental and numerical studies are carried out an existing half submerged breakwater in order to analyse its behavior and improve its hydrodynamic performances
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Ndoumbe, Samuel. "Étude de la zone d'apparition des vagues à l'interface du film annulaire tombant." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2001. http://www.theses.fr/2001INPL582N.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'étude de l'écoulement d'un film liquide mince visqueux tombant sous l'effet de la gravité à l'intérieur d'une conduite cylindrique verticale. L'objectif principal de ce travail est la caractérisation à la fois théorique et expérimentale de la surface du film. Celle-ci se fait sur le plan théorique par le développement d'un modèle 3D à grand nombre de Reynolds et à grande longueur d'onde, dont les principales inconnues sont l'épaisseur instantanée et les débits axial et azimutal. Sur le plan expérimental, on mesure l'épaisseur instantanée avec des sondes conductimétriques affleurantes en 8 positions de la conduite. A partir de l'analyse statistique et dynamique de cette épaisseur, l'étude de la stabilité linéaire et faiblement non linéaire du modèle a été validée via la détermination de la célérité des vagues, la fonction de transfert, les fréquences prépondérantes. Nous avons montré que la structure de l'interface est à la fois dépendante du nombre de Reynolds et de la distance au point d'injection du liquide.
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Kasakova, Maria. "Modèles dispersifs de propagation de vagues : problèmes numériques et modélisation." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30130.
Full textAbstract:
La propagation des vagues est un phénomène complexe. La simulation directe de ce phénomène à l'aide des équations d'Euler ou de Navier Stokes à surface libre sont complexes et très coûteuses numériquement. Si certains phénomènes aux grandes échelles sont bien décrits par des modèles réduits plus simples à simuler numériquement, des modèles plus avancés sont nécessaires pour décrire des échelles plus fines. La première partie de cette thèse est consacrée aux modèles prenant en compte les effets de vorticité. Deux modèles moyennés sur la profondeur sont dérivés sous l'hypothèse d'eau peu profonde. Le premier concerne la propagation des ondes de surface et des ondes internes dans le cadre d'un système de deux fluides non miscibles. Le deuxième est un modèle de propagation des ondes côtières. Les effets turbulents sont pris en compte à travers l'équation de vorticité. Un algorithme numérique est construit pour la validation du second modèle et des comparaisons avec des résultats expérimentaux sont proposées. Dans la deuxième partie on s'intéresse à l'étude des conditions aux limites. Les problèmes initialement posés dans l'espace infini demandent des conditions aux limites spéciales pour le traitement numérique. On s'intéresse ici au cas des équations de Green-Naghdi. Dans un premier temps, des conditions aux limites transparentes sont dérivées, et des validations numériques sont proposées. Les tests montrent que des conditions aux limites similaires peuvent s'appliquer pour des ondes rentrantes. Dans un deuxième temps, on considère une technique de relaxation pour un système Green-Naghdi mis sous forme d'un système hyperbolique. En particulier, ce formalisme nous permet d'appliquer la technique de Perfect Mached Layers (PML) pour traiter les ondes sortantes et rentrantesWater waves propagation is a complex physical process. The direct numerical simulation using Navier-Stokes/Euler equations is a time-consuming and mathematically complicated solution. A good description of large-scale phenomena can be obtained by using relatively simple approximate models. However, if we are interested in a precise description of wave profiles, advanced modelling approaches are required. Once the model is derived, it needs to be solved numerically, and one faces another kind of challenges related to numerical simulations. The first part of the present thesis is devoted to the modelling of surface and internal ocean waves propagation, including dispersive effect and dynamics of the vorticity. In the framework of shallow water hypothesis, two models are derived. Both models involve additional equations for the vorticity evolution. To include the internal waves propagation, first, we consider a system of two immiscible fluids with constant densities. It represents a simple model of the ocean where the upper layer corresponds to the (thin) layer of fluid above the thermocline whereas the lower layer is under the thermocline. The second model includes a surf zone phenomenon. Shearing and turbulence effects in breaking waves are taken into account by a vorticity generation. Both models are governed by dispersive systems and reduce to a classical Green-Naghdi model in the case of vanishing vorticity. Additionally, an algorithm for the numerical resolution of the second model is proposed, and the validation by experimental results is performed. When dispersive/non-hydrostatic effects are taken into account, this usually leads to more accurate models of wave propagation like Green-Naghdi equations, or the two models derived in the first part, for example. The counterpart is that such a type of models requires advanced numerical techniques. In particular, one of the main issues is to define boundary conditions allowing the simulation of wave propagation in infinite physical space but on bounded numerical domains. In the second part of the present research, we focus on a definition of such boundary conditions for the Green-Naghdi equations. Artificial boundary conditions are first proposed for the linearised system. Then we address a hyperbolic system recently proposed to approximate the Green-Naghdi equations. A relatively simple structure of this new hyperbolic system allows for successful applications of Perfect Matched Layer (PML) techniques in order to deal with artificial numerical boundaries. Numerical tests are performed to validate the proposed approaches. In result, we have a correct description of numerical boundaries for non-linear cases. We have shown that the PML equations can be applied to the nonlinear system. Both approaches are then reformulated to solve the problem of injecting propagating waves in a computational domain
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Filipot, Jean-François. "Paramétrage du déferlement et modélisation spectrale des états de mer." Brest, 2010. http://www.theses.fr/2010BRES2021.
Full textAbstract:
Bien que le déferlement est le plus important puits d’énergie pour les vagues, il est encore assez mal compris. Le travail présenté dans cette thèse vise à unifier la dissipation d’énergie associée au déferlement du large à la côte à travers le développement d’un nouveau paramétrage destiné aux modèles spectraux de prévision des états de mer. Le premier résultat de cette thèse est un paramétrage de la probabilité de déferlement applicable du large à la côte et permettant de séparer les différentes échelles pouvant être présentes dans un champ de vagues. Ce paramétrage a servi de base à un nouveau terme source de dissipation d’énergie liée au déferlement et destiné aux modèles spectraux de prévision des états de mer. Ce terme repose en outre sur le paramétrage de deux autres grandeurs fondamentales pour le déferlement : le taux de dissipation par unité de longueur de crête de déferlante et la densité de longueur de crête par mètre carré. Les résultats de la validation réalisée à l’échelle globale ainsi qu’à l’échelle d’une plage suggèrent qu’il est possible de représenter la dissipation par déferlement par un unique paramétrage, du large à la côte. D’autre part, deux études portant sur la directionalité du déferlement et sur les modulations du déferlement des vagues courtes par les vagues longues ont été abordées. Ces deux aspects peuvent aussi avoir des conséquences importantes sur la dissipation d’énergie par déferlementAlthough breaking is the most important energy sink term for wind-generated waves, the underlying physical processes are the least understood. The work presented in this thesis s aimed at unifying the wave breaking induced dissipation from deep to shallow water through the development of a novel parameterization designed for spectral wave models. The first result of this work is a parameterization of the breaking probability enabling to discriminate among the wave scales present within a given wave field and applicable from the deep ocean to the surf zone. This parameterization was used as the basis of a new spectral source term for the wave breaking induced-dissipation. This source function is based on the parameterization of three basics physical quantities: the breaking probability, the dissipation rate per unit crest length and the crest length density per unit area. The results of the validation performed at global scale and at beach scale suggest that it is possible to represent the wave breaking induced dissipation by a single formulation. We shall besides discuss a study of the breaking directionality and the impact of the presence of long waves on the breaking of short waves. Both effects may as well have important on the breaking dissipation parameterization
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Lafon, Christine. "Étude des conditions de déferlement en zone côtière méditerranéenne." Toulon, 2004. http://www.theses.fr/2004TOUL0013.
Full textAbstract:
La surface de l'océan est un lieu d'échanges permanents entre l'océan et l'atmosphère, principalement au niveau des zones déferlantes. Ceci rend nécessaire l'étude de l'influence de l'état de mer, défini principalement par les propriétés du champ de vagues, et de la surface résultant de leur déferlement. Le but de cette thèse était de contribuer à mieux comprendre les processus aux interfaces en zone côtière, à mieux maîtriser les paramètres qui les régulent, et à introduire un modèle numérique de déferlement dans un modèle de vagues. Cette étude est essentiellement basée sur les résultats obtenus lors de deux campagnes effectuées en zone côtière Méditerranéenne (FETCH et EMMA). Il existe une relation spécifique entre les paramètres caractéristiques de vagues (hauteur significative et fréquence de pic) adimensionnelles selon le formalisme classique JONSWAP. L'étude des frottements à l'interface montre non seulement une influence de la vitesse de vent, mais aussi de l'âge de la vague. Les résultats sur les vagues et les frottements montrent un bon accord avec les modèles empiriques de la littérature. On a montré que la couverture moutonneuse dépend non seulement des paramètres météorologiques classiques (comme la vitesse du vent et la vitesse de frottement) mais aussi des paramètres océaniques (comme l'âge de la vague et l'énergie adimensionnelle). La vitesse de frottement représente bien les variations du déferlement en zone côtière quand elle est mesurée et non déduite de la vitesse du vent. De plus, pour l'ensemble des situations d'états de mer rencontrées les variations de la couverture moutonneuse sont bien représentées par l'âge de la vague. Enfin, un modèle numérique de vagues a été adapté à notre zone d'étude (à partir des précédents résultats) pour représenter la couverture moutonneuse dans la baie de Toulon-Hyères. A partir d'un forçage météorologique homogène spatialement et temporellement quelques situations expérimentales ont pu être modéliséesThe ocean surface is a permanent location of exchanges between ocean and atmosphere, mostly in breaking area. This requires studies of sea state, defined by the wave field properties and the surface resulting of its breaking. The aim of this study was to understand the pro cesses occurring at the interface in coastal zone, to better understand the parameters that control them, and ta introduce a whitecap model in a wave numerical model. This work is essentially based on results obtained during two experimental campaigns that took place in NIediterranean coastal areas (FETCH and EMMA). The waves analysis conduct to determine a specific relation between non dimensional parameters (significant height and peak frequency) following the classical formalism JONSWAP. Study of wind stress at the interface presents an influence of wind speed and f wave age. Results on waves and wind stress show a reasonable agrement with models found n literature. We show that the whitecap coverage depends on classical meteorological parameters (such as wind speed and friction velocity) but also on oceanic parameters (such M wave ge and dimensionless energy). Friction velocity weil represents variations of breaking in coMtal zone when it is measured and not obtained from wind speed. The whole sea state events are better scale with wave age. Finally, a numerical wave model has been adapt to our experimental site (from precedents results) to represent whitecap coverage in the Toulon-Hyères area. From a spatially and temporally homogeneous wind input, a few experimental events has been modeled
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Saint-Cast, Frédéric. "Modélisation de la morphodynamique des corps sableux en milieu littoral." Bordeaux 1, 2002. http://www.theses.fr/2002BOR12462.
Full textAbstract:
Cette thèse présente la modélisation physique et la résolution numérique du couplage entre l'hydrodynamique littorale en présence de vagues déferlantes et la dynamique sédimentaire pour analyser la morphodynamique des bancs de sable sur une plage. D'une part, le modèle hydrodynamique 2D-Horizontale permet de décrire les courants moyens induits par la houle et d'en déduire le transport sédimentaire associé. L'évolution du fond sableux est ensuite obtenue par le bilan des flux de sédiment. Dans certaines conditions d'écoulement, une modélisation morphodynamique simplifiée permet de décrire le comportement des ondes de sable. D'autre part, l'hydrodynamique est résolue de manière implicite pour obtenir une solution quasi-stationnaire des courants moyens tandis que l'évolution du fond est calculée avec des méthodes explicites d'ordres supérieurs non-oscillantes. Enfin, les simulations effectuées sur une plage d'Aquitaine mettent en avant le potentiel de l'outil numérique réalisé.
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Magne, Rudy. "Réflexion et diffusion des vagues par une topographie sous-marine." Toulon, 2005. http://www.theses.fr/2005TOUL0006.
Full textAbstract:
A l'approche de la côte la houle est fortement modifiée par la topographie sous-marine. Si la réfraction est souvent le phénomène majeur, il existe d'autres phénomènes moins connus comme la réflexion ou plus généralement la diffusion des vagues par le fond qui peuvent se révéler tout aussi importants. La modélisation des vagues dans ces zones est d'autant plus délicate que les courants peuvent y être importants, ce qui complique la propagation de la houle. La diffusion des vagues par la topographie sous-marine est étudiée par une approche spectrale via un terme de source facilement introduit dans les modèles de vagues spectraux opérationnels. Cette approche peu coûteuse numériquement, représente la topographie par son spectre de variance. Elle se révèle particulièrement précise lorsque les amplitudes du fond sont faibles, et s'applique aussi à des fonds localisés. Pour de grandes amplitudes, comme un canyon sous-marin, l'évolution des vagues est bien représentée avec un modèle elliptique déterministe aux modes couplés, mettant en avant l'importance de la réflexion dans le processus de transmission au-dessus de cet obstacle. L'effet du courant sur la diffusion des vagues est ensuite examiné. Le décalage des fréquences résonantes pour des vagues se propageant au-dessus d'un fond sinusoidal en présence d'un courant uniforme, calculé théoriquement, est mis en évidence expérimentalement lors d'une campagne de mesure en bassin. La prise en compte du courant dans le terme de source permet la mise en évidence des effets du courant sur la diffusion des vagues par des fonds aléatoires. Des expériences numériques pour des vagues se propageant au-dessus de dunes sous-marines balayées par des courants de marée importants (bathymétrie typique en Mer du Nord) ont montré un décalage important de la direction moyenne de propagation ainsi qu'un fort élargissement du spectre directionnelWaves entering in shallow water are largely modified by the submarine topography. If refraction plays the major role in this process, other less known phenomena like wave reflection or more generally wave-bottom scattering can be significant. The Modelling of wave propagation in such areas is as much complicated by strong currents, particularly tidal currents. Wave-bottom scattering is investigated from a spectral approach with a source term, easily introduced in operationals spectrals wave models. This numerically efficient approach is found to be accurate, particularly when the bottom amplitudes are small, and is also valid for localized scatterers. For large amplitude topographies, as a submarine canyon, the wave evolution is accurately represented with a deterministic coupled-mode elliptic model, and the importance of the reflection in the transmission process over this obstacle is highlighted. The current effect on the wave-bottom scattering is then investigated. The shift of the resonant wave frequencies for waves propagating over sinusoidal bottom in presence of a uniform current is calculated theoretically, and verified experimentally in the laboratory. A theory for the scattering of waves in the presence of a uniform current is developped for application to the continental shelf. Numerical experiments for waves propagating over sand waves with large tidal currents (typical bathymetry in the North Sea) revealed an important shift for the mean wave direction, and a significant directional broadening for the surface spectrum
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BARROS, ELISABETH. "Estimation de parametres dans les equations de saint-venant." Paris 6, 1996. http://www.theses.fr/1996PA066465.
Full textAbstract:
Le but de cette these a ete de mettre au point une methode robuste pour identifier des parametres inconnus (tel le coefficient de frottement) apparaissant dans les equations de saint-venant bidimensionnelles. Ces equations d'ecoulement a surface libre ont ete discretisees en elements finis et sont resolues grace au code industriel telemac-2d developpe par le laboratoire national d'hydraulique d'e. D. F. La technique employee s'inspire de la theorie du controle optimal et consiste a trouver le minimum d'une fonction cout definie comme etant l'ecart quadratique entre les mesures et les sorties du modele numerique. Le probleme d'optimisation est donc de trouver le minimum de ce critere cout. Pour resoudre ce dernier, le calcul du gradient de la fonction cout est requis ce qui s'effectue en utilisant la methode adjointe de g. Chavent. La minimisation se realise ensuite a l'aide d'une technique similaire au gradient conjugue. L'algorithme d'optimisation a ete applique a des cas schematiques avec des mesures simulees et a montre son bon fonctionnement. Il a ete utilise ensuite pour estimer les coefficients de frottement dans la manche et l'ocean atlantique a l'aide de mesures reelles
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Assier, Rzadkiewicz Sandrine. "Etudes numériques et expérimentales d'un glissement de sédiments le long d'une pente sous-marine et des vagues générées." Montpellier 2, 1997. http://www.theses.fr/1997MON20024.
Full textAbstract:
A la suite de phenomenes naturels tels que l'erosion, un seisme ou une tempete, des masses sedimentaires instables peuvent etre mises en mouvement et generer des raz-de-maree tres dangereux pour les regions cotieres. Au cours du mouvement gravitaire, on peut observer un ecoulement dense le long de la pente et un ecoulement de suspension au dessus. Afin de modeliser numeriquement le phenomene physique, un modele de melange a ete developpe a partir du code d'hydrodynamique bidimensionnel nasa-vof2d. Les equations completes de navier-stokes sont resolues en considerant les sediments et l'eau ambiante comme un melange. La partie dense est traitee comme un fluide a seuil alors que la partie dispersee, regie par des lois hydrauliques, est modelisee par un fluide parfait de faible densite. Le modele numerique comprend un seuil d'ecoulement, un coefficient de viscosite, un coefficient de diffusion et un frottement sur la pente. L'extension du code a ete testee a travers differents types de problemes. Afin de valider les modifications, des experiences bidimensionnelles en bassin qui consistent a laisser glisser une masse de sable le long d'un plan incline ont ete realisees. Les parametres numeriques ont ete cales par rapport aux observations experimentales qui montrent l'importance du role de la pression interstitielle. Un modele rheologique utilisant une approche de la mecanique des sols a ete developpe. Cette modelisation nous a alors semble plus coherent pour reproduire a petite echelle un ecoulement granulaire qu'un modele viscoplastique issu de la mecanique des fluides. Enfin, le code nasa-vof3d a egalement ete transforme en un modele de melange. En tenant compte des volumes estimes par l'universite de genes, un glissement hypothetique sous-marin d'une masse deformable est modelise dans le canyon de taggia (italie)
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Hussien, Elkhorbatly Bashar. "Modélisation, justification et analyse mathématique de modèles en océanographie." Thesis, Tours, 2019. http://www.theses.fr/2019TOUR4009.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à l’étude mathématique de la propagation d’ondes bi-dimensionnelles à la surface d’un fluide non visqueux irrotationnel et incompressible dont la surface libre n’agit que par la gravité et la tension superficielle dans un régime fortement non linéaire. La thèse est séparée en deux parties d’égale importance. Dans la première partie, nous justifions des modèles d’approximation plus précis du point de vue mathématique pour le problème des vagues, couramment utilisés en océanographie côtière pour décrire la propagation des ondes de surface de grande amplitude. On obtient un nouveau modèle asymptotique en eaux peu profondes du type Green-Naghdil incorporant les termes dispersifs d’ordre supérieur arbitraire tout en préservant la non-linéarité totale. Un résultat sur le caractère bien posé et une propriété de stabilité sont alors établis pour le cas unidimensionnel lorsque le fond est plat et non plat en tenant compte d’une faible tension de surface. Dans la deuxième partie, un résultat de stabilité orbitale est montré pour le peakon de Degasperis-Procesi dans le cas de perturbations ayant une densité de quantité de mouvement d’abord négative, puis positive. Ceci conduit à la stabilité orbitale du profil antipeakon- peakon vis-à-vis de telles perturbations et plus généralement d’un train de antipeakon-peakon bien ordonnésThis thesis is devoted to the mathematical study of the water-waves problem concerning two- dimensional motion of an irrotational and incompressible inviscid liquid with a free surface acted only by gravity and surface tension in a highly nonlinear regime. The thesis is separated into two parts of equal importance. In the first part, we justify mathematically more accurate approximation models for the water wave problem that are commonly used in coastal oceanography to describe the propagation of large amplitude surface waves. A new two-dimensional asymptotic shallow-water extended Green-Naghdi system is derived which incorporates the arbitrary higher-order dispersive terms while preserving the full nonlinearity. A well-posedness result and a stability property is then ensured for the one-dimensional case when the bottom is flat and not flat taking into consid- eration a small e
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Jouon, Aymeric. "Hydrodynamique et transport de particules en suspension dans le lagon Sud-ouest de Nouvelle-Calédonie." Toulon, 2007. http://www.theses.fr/2007TOUL0010.
Full textAbstract:
Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une étude conduite depuis plusieurs années par l'IRD qui vise à mieux connaître les processus de l'hydrodynamique et du transport d'éléments dissous et de particules dans le Lagon Sud-Ouest de Nouvelle Calédonie (SINC). Les travaux présentés s'appuient sur des mesures de terrain el la modélisation numérique. Le premier volet de la thèse vise à synthétiser l'abondante information produite par un modèle numérique hydrodynamique (MAKS3D). Des indices relatifs au renouvellement des masses d'eau et ayant la dimension d'un temps, communément appelés temps de résidence, sont élaborés à partir d'outils numériques. La signification de ces indices, leur mode de calcul et leur application au SINC sont exposés. Plusieurs applications mettent en évidence les effets de l'hydrodynamique sur des processus biologiques et biochimiques. Hors période de crue, les sédiments fraîchement déposés constituent la principale source de particules en suspension. Les tensions de cisaillement provoquées par les effets combinés de la houle et du courant provoquent leur remise en suspension. Pour les calculer en tout point, il est nécessaire de simuler précisément le champ de vagues. La seconde partie de la thèse est consacrée. Pour cela, le modèle de houle Wavewatch est adapté au SLNC et validé par des mesures directionnelles de vagues. Le troisième et dernier volet de la thèse est focalisé sur la détermination des propriétés physiques des particules en suspension. Ces paramètres (concentration par classe granulométrique. Densité, vitesse de chute) sont nécessaires : pour modéliser le transport des particules. Ce travail s'appuie sur des mesures in siiu et des expériences en laboratoire réalisées à l'aide d'un granulomètre laser. Les résultats mettent eu évidence l'importance de la bio agrégation en milieu corallienThis thesis participates to a study that has been lead for several vears by IRD which aims increased knowledge of hydrodynamics and transport of dissolved substances and particles on the South-west Lagoon of New Caledonia (SLNC). This work stands on field measurements and numerical modelling. The first step of this thesis is an attempt to Synthesise the great amount of data produced by a numerical hydrodynamic model (MARS3D). Indexes having the dimension of time and related to the renewal of water masse Mere computed from numerical Tools applied to the In drodynamic model. The computation methods, the significance and the application of these indexes to the Southwest Lagoon of New-Caledonia (SLNC) are exposed. Examples of application of these indexes aiming to quantity the influence of hydrodynamics on biological processes are shown. Out of flooding periods, the re-suspension of freshly deposited sediments is the main source of suspended particles! on the SLNC. The combined actions of waves and currents induce a bottom shear stress that is responsible for particle re-suspension. In order to access the wave field characteristics, a wave model (WavewatchlII) was implemented over the SLNC. It was \alidated by in situ directional measurements of the wave field. The last part of this thesis focuses on the determination of physical properties of suspended particles such as particle si/e distributions, density, and fall velocit), are compulsory to model particle transport. I his work stands on in situ measurements and laboratory experiences performed with laser particle si/e anal\ser. Results emphasis the importance of bio-aggregation in a coral reef ecosystem
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Cieutat, Jean-Marc. "Modélisation physiquement réaliste de session de simulation d'entraînement maritime." Bordeaux 1, 2003. http://www.theses.fr/2003BOR12771.
Full textAbstract:
La simulation d'entraînement maritime est une matière importante de l'enseignement maritime qui fait appel à de nombreuses disciplines scientifiques et techniques. Dans ce contexte où la contrainte de temps réel doit être satisfaite, l'ensemble des phénomènes physiques ne peut être traité ; seuls les phénomènes physiques les plus visuels liés aux éléments naturels et au comportement du navire sont alors représentés. Notre modèle de houle, basé sur une approche de simulation d'une onde de surface, permet de simuler la forme et la propagation d'un train régulier de vagues depuis la pleine mer jusqu'au bord du rivage tout en tenant compte des effets du courant et de la profondeur. Notre modèle de mer du vent, plus limitatif parce que basé sur une approche de simulation spectrale, est très représentatif des états de mer qui sont définis sur l'échelle de Beaufort allant de 0 à 12 en fonction des conditions de vent ; les hauteurs des vagues varient en fonction de la profondeur et du courant. Le choix d'une structure de données multi-grille à échelle fixe, l'affichage par niveaux de détails, l'ajout de détails apparents pour les vagues capillaires à l'aide de la technique de " bump mapping " nous permettent d'intégrer toutes les échelles, de la ride millimétrique à un golfe dans son ensemble, au sein d'un même outil interactif animé. Concernant le modèle d'éclairage, nous tirons bénéfice des facilités offertes par les cartes graphiques programmables et une amélioration du calcul temps réel de la couleur retransmise par la masse d'eau est également proposéeMaritime training simulation is an important matter of maritime teaching which requires a lot of scientific and technical skills. In this framework, where the real time constraint has to be maintained, all physical phenomena cannot be studied; the most visual physical phenomena relating to the natural elements and the ship behaviour are reproduced only. Our swell model, based on a surface wave simulation approach, permits to simulate the shape and the propagation of a regular train of waves from the open sea to the shore taking into account current and depth effects. Our wind sea model is more restricted because it is based on a spectral simulation approach, but the obtained results are very representative of the sea states that are defined on the Beaufort's scale from 0 to 12 depending on the wind conditions; waves heights vary with current and sea depth. The choice of multi-grid data structure with a fixed scale, level of details display, bump-mapping of capillary waves permit to integrate all scales, from a millimetric wave amplitude to a whole golfe, inside a unique interactive animated tool. Relating to the lighting model, we use vertex and pixel shaders and an improved real-time computation of the underwater color is also proposed
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Nzokou, Tanekou François. "Ice rupture hydrodynamic modeling." Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/26683/26683.pdf.
Full text
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Bertelle, Cyrille. "Simulation numérique d'une houle de canal appliquée à un modèle simple de transport de sédiments." Le Havre, 1991. http://www.theses.fr/1991LEHA0005.
Full textAbstract:
Une méthode est présentée pour simuler numériquement un écoulement visqueux dans un canal à houle. Les équations de Navier-Stokes, sous une formulation vitesse-pression, sont résolues par un schéma de volumes finis. Un maillage structure et déformable est utilisé : il permet de suivre le déplacement de la surface libre. Une discrétisation du second ordre en espace et une résolution implicite du problème instationnaire sont utilisées. La validité de la méthode est testée par comparaison avec des valeurs expérimentales obtenues par vélocimétrie doppler laser en canal à houle. Un modelé simple de transport de particules, par les champs cinématiques de houle calculés, est ensuite mis en œuvre. Une étude qualitative des différentes forces prises en compte permet de faire apparaitre le rôle de la rotation des particules près du fond dans la remise en suspension des sédiments marins.
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Georgelin, Marc. "Etude numérique de l'écoulement atmosphérique au voisinage des Pyrénées." Toulouse 3, 1994. http://www.theses.fr/1994TOU30139.
Full textAbstract:
L'ecoulement autour du relief pyreneen a ete etudie a l'aide d'un modele mesoechelle hydrostatique tridimensionnel. Les simulations numeriques de 5 periodes d'observations intensives de l'experience pyrex90 ont ete realisees et validees par confrontation a l'ensemble des mesures experimentales disponibles. Une parametrisation du frottement du a l'orographie sous-maille basee sur le concept d'une longueur de rugosite effective a ete mise au point. Son impact sur trois situations representant des aspects differents des ecoulements sur relief a ete etudie. Il est montre que cette parametrisation ameliore les performances du modele de maniere significative. Toutes les situations etudiees se caracterisent par un faible nombre de froude ce qui signifie que la partie basse de l'ecoulement doit se separer pour contourner la montagne au lieu de la franchir. Il a donc ete realise une etude detaillee du mecanisme de blocage a l'amont du relief et du contournement qui en decoule. Il est montre que le contre-courant qui se forme sous le point de stagnation subit des variations importantes au cours du temps en raison de l'evolution thermique au voisinage de la pente amont. Les cinq simulations ont ete par ailleurs replacees dans leur contexte theorique (theorie lineaire, simulations de caractere academiques). La stagnation est evidente surtout dans les cas a plus faible nombre de froude et les vortex de sillage sont toujours presents. Lorsque le nombre de froude augmente l'epaisseur du contournement diminue et le point de separation remonte vers l'amont
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Koffi, Ernest N'dri. "Caractérisation expérimentale de l'écoulement atmosphérique autour d'un massif montagneux (expérience Pyrex)." Toulouse 3, 1994. http://www.theses.fr/1994TOU30177.
Full textAbstract:
L'experience pyrex qui a eu lieu du 1#e#r au 30 novembre 1990 a pour objectifs de quantifier les differents termes de bilan de quantite de mouvement au voisinage de la chaine pyreneenne modifie par le frottement, les phenomenes ondulatoires et les ecoulements secondaires. Les travaux presentes concernent l'etude experimentale des ecoulements secondaires que l'on a confrontee a la theorie lineaire (linearisation des equations de mecanique des fluides). La caracterisation de la masse d'air incidente au travers des nombres de froude et de rossby montre que: i) les effets non lineaires sont importants, ii) l'ecoulement est affecte par l'effet de la rotation terrestre. L'etude statistique de la circulation dynamique autour des pyrenees montre que le drag pression est representatif du champ de pression et est correle au champ de vent. Dans les basses couches, la theorie lineaire explique la formation des vents locaux. La dissymetrie de l'ecoulement sur les bords lateraux du relief depend du nombre de rossby. L'etude des mecanismes de formation de la tramontane (vent fort sur la bordure est des pyrenees) montre que: i) l'effet de blocage des pyrenees est l'element majeur, ii) le resserrement entre les pyrenees et la montagne noire contribue a l'acceleration du flux horizontal en amont du seuil de naurouze, iii) l'interface terre-mer affaisse le niveau de vent maximum, iv) l'ecoulement devient surcritique en mer. Dans les cas de tramontane, la couche limite marine au-dessus du golfe du lion se caracterise par des flux de surface importants et des structures organisees
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Guignard, Stéphan. "Suivi d'interface de type V. O. F. : application au déferlement des ondes de gravité dû aux variations bathymétriques." Toulon, 2001. http://www.theses.fr/2001TOUL0017.
Full textAbstract:
Ces deux dernières décades, les thématiques industrielles et académiques ont vu fortement augmenter les besoins en simulation numérique d'écoulements incompressibles multîfluides de fluides visqueux. Ce mémoire présente une étude effectuée dans le cadre d'une thèse de docteur-ingénieur CNRS/Entreprise dont la dominante est le développement d'une méthode de suivi d'interface de type volume de fluide (V. O. F) et son intégration dans un code industriel de mécanique des fluides afin d'en améliorer les performances en simulation d'écoulement multifluides. Cette méthode originale de suivi d'interface intitulée SL-VOF (Segment Lagrangian - Volume Of Fluid), utilise une représentation affine par morceau de l'interface et un schéma Lagrangien de son advcction. Les différentes versions sont testées tout d'abord sur des cas cinématiqucs simples et il apparaît que la dernière est d'ordre 2. Des simulations 2DV du déferlement d'une onde solitaire provoqué par une diminution spatiale progressive (plage) ou brutale (ouvrage de protection immergé ou émergé) de la hauteur d'eau sont validées de deux manières: Jusqu'au point de déferlement les caractéristiques de i'onde simulée (célérité, hauteur de crête, déformée de la surface libre) sont comparées avec succès à celles de l'onde solitaire simulée par une méthode intégrale aux frontières. Apres le point de déferlement, une comparaison satisfaisantes de la déformée de l'interface avec des expériences de laboratoire réalisées dans le cadre de ce travail achève de valider le modèle développé. Les simulations couvrent aussi le phénomène de splash-up et le début du run-up. Les temps de calcul très élevés ont conduii au développement d'une méthode de couplage entre le modèle présente et une méthode potentielle intégrale aux frontières. L'application de ce couplage à la simulation du déferlement d'une onde solitaire sur une plage en pente a permis de réduire le temps de calcul d'un facteur 7 et une comparaison avec des données expérimentales valide ce développementThose two last decades, both in the industrial and academics fields, the needs in numerical simulation of multi-fluid flows involving viscous fluids have strongly increased. This thesis presents a study performed in the frame of a "CNRS/SME" granted Ph-D which major input is the development of an high order interface tracking method based on the Volume Of Fluid concept (V. O. F) and it integration in an industrial CFD code in order to improve it's capabilities in numerical simulation of multifluid flows. This original interface tracking method called SL-VOF (Segment Lagrangian - Volume Of Fluid) uses a piecewise linear interface representation and a lagrangian advection scheme. Various versions of this method arc first tested on simple kinematics cases from which the last version appears to be of fully second order. The two first versions of the method arc then tested throughout 2DV numerical simulations of solitary wave breaking due to a spatial mean water level decrease, slow (beach case) or quick (artificial reef, dike). Two kind of comparisons are then considered:From the initial condition to the breaking point, the characteristics (celerity, crest height, free surface shape) of the wave simulated without the air-water effect are successfully compared with those of the wave simulated with a high order B. L. E. M method. After the breaking point, the air-water interaction throughout the interface is considered with respect to the real density ratio and good comparisons for the interface shape evolution until the splash-up phenomena with experiments conducted in the frame of this study achieve the validation of our method. The beginning of the run-up is although computed. High CPU time have motivated the development of a coupling algorithm with a B. I. E. M. . An application of the coupling to the solitary wave breaking on a sloping beach have shown a computational time divided by a ratio of seven. Moreover, these faster computations compare satisfactorily with experimental data on the wave height
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Gagnaire-Renou, Elodie. "Amélioration de la modélisation spectrale des états de mer par un calcul quasi-exact des interactions non-linéaires vague-vague." Phd thesis, Université du Sud Toulon Var, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00595353.
Full textAbstract:
Les modèles numériques d'état de mer décrivent l'évolution du spectre d'énergie de l'état de mer sous l'action conjointe de plusieurs processus physiques qui apportent, dissipent ou transfèrent de l'énergie. Une meilleure prise en compte des interactions non-linéaires entre quadruplets de fréquences de vagues est essentielle à l'amélioration des modèles d'état de mer. Sur la base d'une approche proposée par Lavrenov (2001), nous avons développé et optimisé une méthode de calcul quasi-exacte des interactions non-linéaires vague-vague en grande profondeur d'eau. Cette approche, nommée GQM (" Gaussian Quadrature Method "), est basée sur l'utilisation de quadratures de Gauss, et permet d'obtenir des estimations très précises du terme de transfert non-linéaire à des coûts de calcul raisonnables. A l'aide de cette méthode, nous nous sommes d'abord intéressés à la modélisation de l'évolution temporelle du spectre des vagues dans un cas homogène et sans forçage. Dans un second temps, l'introduction de différents termes de forçage par le vent et de dissipation par moutonnement nous a permis de montrer la sensibilité du spectre des vagues aux modèles choisis. Des situations plus proches de la réalité mais conservant une géométrie simple (fetch limité, fetch oblique) ont ensuite été modélisées en prenant en compte la propagation spatiale des vagues. Nous avons notamment comparé les résultats du modèle à des mesures issues de la campagne SHOWEX de 1999 (Duck, NC, USA). Les travaux effectués confirment d'une part la nécessité de modéliser de façon précise les interactions nonlinéaires dans les modèles spectraux d'états de mer et montrent d'autre part la faisabilité de ces améliorations grâce à la méthode GQM et l'algorithme de calcul mis au point au cours de la thèse.
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Gagnaire-Renou, Elodie. "Amélioration de la modélisation spectrale des états de mer par un calcul quasi-exact des interactions non-linéaires vague-vague." Phd thesis, Toulon, 2009. https://theses.hal.science/tel-00595353/fr/.
Full textAbstract:
Les modèles numériques d’état de mer décrivent l’évolution du spectre d’énergie de l’état de mer sous l’action conjointe de plusieurs processus physiques qui apportent, dissipent ou transfèrent de l’énergie. Une meilleure prise en compte des interactions non-linéaires entre quadruplets de fréquences de vagues est essentielle à l’amélioration des modèles d’état de mer. Sur la base d’une approche proposée par Lavrenov (2001), nous avons développé et optimisé une méthode de calcul quasi-exacte des interactions non-linéaires vague-vague en grande profondeur d’eau. Cette approche, nommée GQM (« Gaussian Quadrature Method »), est basée sur l’utilisation de quadratures de Gauss, et permet d’obtenir des estimations très précises du terme de transfert non-linéaire à des coûts de calcul raisonnables. A l’aide de cette méthode, nous nous sommes d’abord intéressés à la modélisation de l’évolution temporelle du spectre des vagues dans un cas homogène et sans forçage. Dans un second temps, l’introduction de différents termes de forçage par le vent et de dissipation par moutonnement nous a permis de montrer la sensibilité du spectre des vagues aux modèles choisis. Des situations plus proches de la réalité mais conservant une géométrie simple (fetch limité, fetch oblique) ont ensuite été modélisées en prenant en compte la propagation spatiale des vagues. Nous avons notamment comparé les résultats du modèle à des mesures issues de la campagne SHOWEX de 1999 (Duck, NC, USA). Les travaux effectués confirment d’une part la nécessité de modéliser de façon précise les interactions nonlinéaires dans les modèles spectraux d’états de mer et montrent d’autre part la faisabilité de ces améliorations grâce à la méthode GQM et l’algorithme de calcul mis au point au cours de la thèseNumerical wave models describe the evolution of the wave energy spectrum under the combined action of several physical processes that generate, transfer or dissipate energy. A more accurate modeling of nonlinear four-wave interactions is necessary to improve sea state models. Based on a method introduced by Lavrenov (2001), we developed and optimized a quasi-exact method for computing the non-linear four-wave interactions in deep water. This method, called GQM (‘Gaussian Quadrature Method’), uses Gaussian quadrature formulas for the different integrations and provides very accurate estimates of the nonlinear transfer term with acceptable CPU times. In the present study, we first consider the temporal evolution of a homogeneous wave field when there is no energy input from the wind or dissipation. In a second step, wind input and whitecapping dissipation are also taken into account and results show the influence of the forcing terms on the evolution of the wave spectrum. In the last step, we consider two more realistic situations with a simple geometry, including wave propagation, namely the fetch-limited case and the slanting fetch case. Model results are compared to measurements from the SHOWEX campaign (1999, Duck, NC, USA). The work presented in this thesis confirms the need to accurately model the nonlinear wave-wave interactions in spectral wave models and shows that these improvements are now feasible, thanks to the GQM method and the algorithm developed in this thesis
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Nguyen, Hai Yen. "Modèles pour les ondes interfaciales et leur intégration numérique." Phd thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2008. https://theses.hal.science/tel-00363790/fr/.
Full textAbstract:
Sous l'effet du rayonnement solaire et/ou de la salinité, l'eau des océans, des rivières et des lacs peut être stratifiée à une certaine profondeur par un changement soudain de densité. La couche la plus légère s'étend au dessus de la couche la plus lourde. Les ondes solitaires apparaissant à l'interface entre ces deux couches influencent les bateaux naviguant dans cette région et peuvent même présenter un danger pour ces bateaux. Elles peuvent également endommager les infrastructures submergées telles que les plateformes pétrolières ainsi que les tunnels sous marins routiers et ferroviaires. Cette thèse propose deux systèmes d'équations susceptibles de modéliser ce type d'ondes, obtenus en utilisant deux méthodes différentes. La propagation et la collision entre deux ondes solitaires sont simulées numériquement. Le filtrage itératif permet d'étudier quantitativement le "run up" ainsi que le déphasage engendrés par ces collisionsUnder the effect of solar radiation and salinity, water in the oceans, rivers and lakes can be stratified at a certain depth by a sudden change in density. The lighter layer lays over the heavier layer. The solitary waves which appear at the interface between these two layers can have an influence on ships travelling in this region and even present a danger for them. They can also damage submerged engineering constructions such as oil platforms and rail and road tunnels lying on the seabed. This thesis is devoted to two systems of equations capable of modelling this kind of waves. These systems are obtained by using two different methods. The propagation as well as the collision between two solitary waves are simulated numerically. Iterative filtering allows a quantitative study of the run up and phase shift generated by these collisions
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Nguyen, Hai Yen. "Modèles pour les ondes interfaciales et leur intégration numérique." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00363790.
Full textAbstract:
Sous l'effet du rayonnement solaire et/ou de la salinité, l'eau des océans, des rivières et des lacs peut être stratifiée à une certaine profondeur par un changement soudain de densité. La couche la plus légère s'étend au dessus de la couche la plus lourde. Les ondes solitaires apparaissant à l'interface entre ces deux couches influencent les bateaux naviguant dans cette région et peuvent même présenter un danger pour ces bateaux. Elles peuvent également endommager les infrastructures submergées telles que les plateformes pétrolières ainsi que les tunnels sous marins routiers et ferroviaires. Cette thèse propose deux systèmes d'équations susceptibles de modéliser ce type d'ondes, obtenus en utilisant deux méthodes différentes. La propagation et la collision entre deux ondes solitaires sont simulées numériquement. Le filtrage itératif permet d'étudier quantitativement le "run up" ainsi que le déphasage engendrés par ces collisions.
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Idrissi, Mohammed. "Evolution du littoral Casablanca-Mohammedia (Maroc) : Etude de la dynamique sédimentaire et des impacts anthropiques." Toulon, 2006. http://www.theses.fr/2006TOUL0014.
Full textAbstract:
Le littoral Casablanca-Moham média (Maroc), fortement anthropisé, avec une industrie portuaire, orientée en particulier vers les produits pétroliers, et des constructions d'ouvrages au cours de ces dernières années, une urbanisation du littoral et des fleuves côtiers. L'objecti1 est d'étudier l'incidence des processus naturels et anthropiques sur la dynamique sédimentaire actuelle de ce littoral. On utilise les mesures in situe de la granulomètrie, de la minéralogie, de la variation des profils de plages et l'analyse des photographies aériennes e des modèles numérique de la propagation de la houle à la côte, du mode de transport des sédiments et la simulation de l'évolution du trait de côte. Les résultats obtenus sont relatifs à l'impact des aménagements côtiers d'un point de vue hydrodynamique et à la localisation des secteurs soumis à l'érosion et des secteurs sujets à l'accrétion. L'étude portant sur les phénomènes de l'infiltration et de la fixation de polluants dans un milieu poreux constitué de sables de la baie de Mohammedia, a d'abord consisté à étudier en laboratoire, la perméabilité d'un polluant en fonction de la nature du sable. Les analyses réalisées en laboratoire ont permis de conclure que les sables fins retiennent le plus la matière organique et le carbone organique. La taille des grains joue un rôle important dans la fixation de polluants, plus la taille des grains augmente plus la perméabilité augmente ain; que la porosité et par conséquent, moins les sédiments retiennent de polluants. A partir de ces données, on constate que la granulomètrie des sédiments influe sur la fixation de polluantsThe littoral Casablanca-Mohammedia (Morocco), strongly anthropized, with a harbour industry, directed in particular towards the petroleum products, and of constructions of works during these last years, an urbanization of the littoral and rivers coastal. The objective ; to study the incidence of the processes natural and anthropic on current sedimentary dynamics of this littoral. One uses measurements in locates granulometry, mineralogy, variation of the prof les of beaches and the analysis of the air photographs and models digital of the propagation of the swell at the coast, means of transport of the sediments and the simulation of the evolution of the feature of coast. The results obtained relate to the impact of coastal installations from a hydrodynamic point of view and to the localization of the sectors subjected to erosion and sectors prone to accretion. The study relating to One phenomena of the infiltration and the fixing of pollutants in a porous environment made up of sands of bay of Mohammedia, initially consisted in studying in laboratory, the permeability of a pollutant according to the nature of sand. The analyses carried out in laboratory made it possible to conclude that fine sands retain more the organic matter and organic carbon. The size of the grains plays an important part in the fixing of pollutants, plus the size of the grains increases more the permeability increases as well as porosity and consequently, less the sediments retain pollutants. From these data, one notes that the granulometry of the sediments influences the fixing of pollutants
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Plumerault, Louis-Romain. "Modélisation numérique d'impacts de vagues sur un mur : prise en compte de la présence d'air dans l'eau." Phd thesis, Pau, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00410870.
Full textAbstract:
On présente un modèle numérique conçu pour la simulation d'impact de vagues sur une structure avec prise en compte de l'aération de la phase liquide. Ce modèle est fondé sur les une approche multifluide résolvant les équations de Navier-Stokes dans le cas compressible. Les méthodes numériques sont un algorithme de volumes finis pour l'espace et une méthode de Runge-Kutta d'ordre 2 pour l'avancement en temps. L'interface est suivie par une méthode de relaxation. On réalise une validation de ce modèle qui donne des résultats satisfaisants pour la propagation d'ondes acoustiques et de choc dans un mélange d'eau et de bulles et pour le déferlement de vague. Ensuite les résultats de l'application aux impacts de vague sur un mur vertical sont analysés. On étudie l'influence de la teneur en air dans l'eau et de la distance au mur du déferlement. Les oscillations de la poche d'air sont corrélées aux oscillations de la pression au mur. La présence de forts gradients devant le mur est mise en évidence.
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Tellier, Eric. "Noyades et traumatismes liés aux vagues et marées sur le littoral océanique girondin : épidémiologie, modélisation et prévention." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0225.
Full textAbstract:
Les côtes girondines, dans le Sud-Ouest de la France, sont façonnées par les conditions océaniques. Les plages de sables y présentent des dangers tels que les courants d'arrachement et les vagues de bord. Ces phénomènes sont la cause de noyades et de traumatismes potentiellement graves, nécessitant des dispositifs de surveillance et de secours.Les objectifs de cette thèse étaient d'enrichir les connaissances utiles à l'intervention sur les noyades et traumatismes liés aux vagues selon plusieurs axes : en décrivant la population des victimes, en modélisant les risques et en déterminant les actions nécessaires à leur prévention.Dans un premier temps, les caractéristiques démographiques et la gravité des noyades et des traumatismes ont été décrites. En analysant les appels au Service d'Aide Médicale d'Urgence de la Gironde, 652 noyades et 814 traumatismes ont été recensés. À partir de ces données et en intégrant les observations météorologiques, un modèle de prévision du risque de noyade sur le littoral océanique girondin a été créé. Il a été ensuite validé, sur les données météorologiques prévisionnelles. Le risque de noyade liée aux courants d'arrachement peut ainsi être anticipé trois jours à l'avance. Les risques de traumatismes liés aux vagues de bord ont également fait l'objet de modélisation.Un cadre théorique de modélisation de l'histoire naturelle de la noyade à l'aide d'un processus de Markov à temps continu a été proposé. Il a permis, entre autre, de quantifier l'impact théorique d'une réduction du délai des secours sur la gravité des noyades. Une réduction du délai de médian des secours de 15 à 10 minutes permettrait une diminution de moitié des cas de noyade graves.Enfin, l'utilisation des prévisions du risque dans une action de prévention a été discuté à partir de concepts issus d'une revue de la littérature. Ces travaux permettront de mettre en place et d'évaluer une action de prévention de la traumatologie océane en GirondeThe Gironde coasts in southwestern France are shaped by ocean conditions. Sandy beaches are exposed to high-energy waves which create hazardous conditions with shore-break waves and rip currents. These phenomena cause drownings and potentially serious injuries, requiring patrolling and rescue means.The aims of this work were to study wave-related drownings and injuries (i.e. surf zone injuries, SZI) in several ways: by describing the population of victims, modelling the risks and identifying the actions needed to prevent them.First, the demographic characteristics and severity of SZI were described. By analysing calls to the Gironde Emergency Medical Aid Service, 652 drownings and 814 traumas were recorded. From these data and using meteorological data, a model was created to predict the risk of drowning on the Gironde surf coast. It was then validated, based on the weather forecasts. The risk of drowning due to rip-currents can thus be anticipated three days in advance. The risks factors of shorebreak related injury were also studied.A theoretical framework to describe the timeline of drowning, using a continuous Markov process, was proposed. It allowed, among other things, to simulate the theoretical impact of a reduction in rescue time on the severity of drownings. Shortening the median rescue time from 15 to 10 minutes would reduce severe drowning cases by half.Finally, the use of risk predictions in prevention action was discussed on the basis of concepts from a literature review. This work will make it possible to set up and evaluate an action to prevent SZI in Gironde
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Guerin, Thomas. "Modélisation morphodynamique pluri-décennale des côtes dominées par la marée et les vagues." Thesis, La Rochelle, 2016. http://www.theses.fr/2016LAROS002/document.
Full textAbstract:
Cette thèse traite de la morphodynamique pluri-décennale des environnements sableux soumis à l’action combinée des courants de marée et des vagues. Dans ces travaux, une approche de modélisation numérique basée sur les processus hydro-sédimentaires est utilisée, celle-ci étant combinée à des données collectées au sein du laboratoire LIENSs au cours de ces dernières années sur différents sites ateliers (i.e. données bathymétriques, hydrodynamiques, et sismiques). Afin de réaliser des simulations morphodynamiques de ce type d’environnement côtier, deux principaux développements ont été apportés au modèle : (1) la prise en compte de l’hétérogénéité granulométrique du sédiment, et (2) le calcul de l’évolution du fond suivant un schéma numérique basé sur le formalisme WENO et adapté à un maillage de type non-structuré. La première application du système de modélisation a concerné l'évolution rétrospective du banc de sable estuarien de la Longe de Boyard, situé en baie de Marennes-Oléron, sur la période 1960 à 2000. Les résultats de ce travail ont tout d'abord montré qu'en dépit de la morphologie globale du banc indiquant une dominance de la marée, la contribution des vagues était essentielle pour expliquer son évolution pluri-décennale. La rythmicité de l’accrétion sédimentaire observée et simulée dans la partie sud du banc a ensuite pu être analysée d'un point de vue stratigraphique, grâce à la prise en compte de l'hétérogénéité granulométrique du sédiment dans le modèle. Le lien entre la rythmicité des variations granulométriques du sédiment dans cette zone et la saisonnalité du climat de vagues a ainsi été mis en évidence. La seconde application du système de modélisation a concerné l’évolution de la flèche sableuse d'Arçay, située sur le littoral vendéen. Les résultats de simulation morphodynamique suggèrent que l’évolution de cette flèche, principalement contrôlée par les vagues, présente un comportement combinant allo-cyclicité et auto-cyclicitéThis work considers the pluri-decadal morphodynamic modeling of sandy coastal environments subjected to tides and waves. A process-based numerical model is used, together with a collection of field data from the LIENSs laboratory (i.e. bathymetric, hydrodynamic, and seismic data). To simulate the morphodynamic of these environments, two main numerical developments have been added to the model : (1) the sediment heterogeneity, and (2) the bed evolution computation following a WENO-based scheme adapted to unstructured grids. The first model application concerns the 40-year hindcast (period 1960 to 2000) of a wide estuary mouth sandbank located in the Marennes-Oléron bay : the Longe de Boyard sandbank. Numerical results suggest that this sandbank long-term evolution is strongly controlled by waves, in spite of its global tide-dominated morphology. Rhythmic nature of sediment accretion, which is observed and modeled in the south part of the bank, was then analyzed from a stratigraphic point of view thanks to the integration of sediment heterogeneity into the model. Grain size rhythmic variations in this area appeared to be related to local wave climate seasonality. The second model application considers the Arçay sandspit evolution (Vendée coast). Morphodynamic results suggest that this sandspit evolution, mainly controlled by waves, is characterized by a combination of both autogenic and external-influenced behaviors
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Belemaalem, Zakaria. "Schémas asynchrones pour des EDPs et génération de surfaces aléatoires à l'aide de groupes localisés." Brest, 2011. http://www.theses.fr/2011BRES2025.
Full textAbstract:
L'étude menée dans ce mémoire propose une représentation originale d’un champ de vague aléatoire afin de respecter les contraintes statistiques sur la fonction caractéristique en un point (variance, coefficients d’asymétrie skewness et d’aplatissement kurtosis), mais également en deux points (spectre, pente). La modélisation proposée considère l’élévation de la surface océanique comme une superposition de fonctions spatiales aléatoires, et d’amplitudes aléatoires, regroupées en un certain nombre de nappes en fonction du vecteur d’onde. Cette démarche aboutit à la construction de deux modèles nommés “Groupy Wave Model” (GWM) et “Groupy Chopy Wave Model” (GCWM). Le premier permet le contrôle du spectre, skewness (des hauteurs et des pentes) et kurtosis (des hauteurs ou des pentes). Le dernier prend en compte les mouvements orbitaux des particules d’eau. Le modèle GCWM est vu comme un changement de coordonnées horizontales de la surface du modèle GWM pour le peuplement d’une surface. Cette transformation habille le spectre des hauteurs et fait apparaître des points de rebroussement. Une méthode permettant de “déshabiller” le spectre afin d’obtenir une surface avec un spectre voulu, ainsi qu’une proposition pour tenir compte des points de rebroussement sont aussi introduites. Les résultats obtenus soulignent un large éventail de différentes structures de l’état de mer, tout en respectant les mêmes contraintes statistiquesThe study in this thesis proposes an original representation of a random wave field. The main goal is to respect the statistical constraints on a one-point characteristic function (variance, skewness and kurtosis) and also, at a two-point characteristic function (spectrum and slope). The proposed model considers the elevation of the ocean surface as a superposition of random spatial functions with the random amplitudes, grouped into maps depending on the wave vector. This approach leads to the construction of two models, so called “Groupy Wave Model” (GWM) and “Groupy Chopy Wave Model” (GCWM). The first allows the control of the spectrum, skewness (elevations and slopes) and kurtosis (elevations or slopes). The latter takes into account the orbital motions of water particles. The OGWM model is derived from horizontal coordinates of GWM surface. This transformation dresses the spectrum and shows cusps. A method of undressing the spectrum to obtain a surface with a target spectrum, which takes into account the cusps, is also introduced. The obtained results emphasize very different sea state structures, but with identical statistical properties
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Meuret, Anne. "Etude d'un système PUVW pour des mesures de houle et de turbulence en milieu littoral côtier." Toulon, 2004. http://www.theses.fr/2004TOUL0019.
Full text
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Leckler, Fabien. "Observation et modélisation du déferlement des vagues." Thesis, Brest, 2013. http://www.theses.fr/2013BRES0079/document.
Full textAbstract:
Les récentes paramétrisations utilisées dans les modèles spectraux de vagues offrent des résultats intéressants en termes de prévision et rejeux des états de mer. Cependant, de nombreux phénomènes physiques présents dans ces modèles sont encore mal compris et donc mal modélisés, notamment le terme de dissipation lié au déferlement des vagues.Le travail présenté dans cette thèse vise dans un premier temps à analyser et critiquer les paramétrisations existantes de la dissipation, au travers de la modélisation explicite des propriétés du déferlement sous-jacentes. Du constat de l’échec de ces paramétrisations à reproduire les observations in situ et satellite du déferlement, une nouvelle méthode d’observation et d’analyse des déferlements est proposée à l’aide de systèmes de stéréo vidéo. Cette méthode permet l’observation des déferlements sur des surfaces de mer reconstruites à haute résolution par stéréo triangulation. Ainsi, une méthode complète de reconstruction des surfaces de mer en présence de vagues déferlantes est proposée et validée. La détection des vagues déferlantes sur les images et leur reprojection sur les surfaces reconstruites est également discutée. Bien que peu d’acquisitions soient disponibles, les différents paramètres observables grâce à l’utilisation de la stéréo vidéo sont mis en avant. Ce travail montre l’intérêt des systèmes vidéo stéréo pour une meilleure observation et compréhension du déferlement des vagues, pour le développement des paramétrisations de la dissipation dans les modèles spectraux de vagueThe recent parameterizations used in spectral wave models provide today interesting results in terms of forecast and hindcast of the sea states. Nevertheless, many physical phenomena present in these models are still poorly understood and therefore poorly modeled, in particular the dissipation source term due to breaking. First, the work presented in this thesis is aimed at analyzing and criticizing the existing parameterizations of the dissipation through the explicit modeling of the underlying properties of breaking. The finding of the failure of these parameterizations to reproduce the in situ and satellite observations, a new method for the observation and the analysis of breaking is proposed using stereo video systems . This method allows the observation of breaking waves on the high-resolution stereo-reconstructed sea surfaces. Therefore, a complete method for reconstruction of the sea surfaces in the presence of breaking waves is proposed and validated.The detection of breaking waves on the images and their reprojection on reconstructed surface is also discussed. Although too few acquisitions are available to draw firm results, an overview of the various observable parameters through the use of stereo video is given.This work shows the importance of stereo video systems to a better observation and understanding of the breaking waves, required in order to improve dissipation source term in spectral wave models
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Pinault, Jonas. "Study of swash motion in an embayed beach based on observations and phase-resolving wave modeling - Case of the Grande Plage of Biarritz." Electronic Thesis or Diss., Pau, 2022. http://www.theses.fr/2022PAUU3015.
Full textAbstract:
Dans le contexte de la montée des eaux associée au réchauffement climatique et d’une pression anthropique dans les zones côtières toujours plus forte, une bonne compréhension et modélisation du niveau d’eau total à la côte sont primordiales pour anticiper au mieux le risque côtier et déployer à temps des solutions efficaces. En particulier, l’action des vagues appelée jet de rive joue un rôle important le long des côtes exposées aux houles océaniques. Dans cette étude, nous avons étudié la dynamique du jet de rive dans une plage de poche urbanisée à forts enjeux car soumise aux aléas submersion. Cette étude s’appuie sur de la modélisation numérique à phase-résolue ainsi que des observations. Dans un premier temps, le modèle numérique est validé sur un jeu de données issu d’une expérience en canal à houle. Ensuite, le modèle est appliqué au cas réel de la Grande Plage de Biarritz, et est comparé à des mesures de pression pour les vagues et à des mesures vidéo-métriques pour le jet de rive. Ces applications démontrent les performances du modèle pour estimer le jet de rive, y compris dans un cas réel complexe comme celui de la Grande Plage. Ensuite, les résultats du modèle validé et les observations sont utilisés pour analyser les processus physiques observés à la Grande Plage. Il a tout d’abord été montré que la marée a un impact significatif sur le jet de rive. Á marée basse des conditions dissipatives sont observées où le jet de rive est dominé par les ondes infragravitaires en raison de la faible pente dans la zone de déferlement (2%). Á marée haute, la forte pente présente dans la fin de la zone subtidale et la zone supratidale génère des conditions plutôt réflectives avec une domination des ondes courtes du jet de rive. Cette variation du niveau d’eau a aussi poureffet de moduler la dissipation d’énergie associée aux ondes longues. Pour de faibles niveaux d’eau une dissipation de l’énergie de la bande infragravitaire croissante avec la fréquence est observée, suggérant une dissipation des ondes longues par déferlement. Á l’inverse, à marée haute la forte pente a pour effet de ne plus totalement dissiper l’énergie et un régime nodal estmis en place dû à la réflexion des ondes à la côte. Dans des conditions énergétiques, les vagues ont tendance à déferler en partie sur la pente douce qu’importe le niveau d’eau, réduisant la modulation tidale. Ces résultats montrent la complexité du comportement du jet de rive dans des configurations tridimensionnelles et le potentiel des modèles à phase-résolue pour capturer ces processusDue to the ever growing anthropogenic pressure at the coast and the perspectives of sea levelrise, coastal hazards such as overtoping are more threatening than ever. In this context, accurateestimations of the wave contributions to the total water level (TWL) at the shoreline, namelythe run-up, are crucial for coastal engineers and those involved in coastal zone managementand engineering design. In this work, we propose to investigate wave run-up in an urban-ized embayed beach based on observations and phase-resolving numerical modeling. First, thephase-resolving model based on the Boussinesq equations BOSZ is validated against laboratoryLiDAR measurements to provide an extensive validation and sensitivity analysis. Then, themodel is applied to the real configuration of the Grande Plage of Biarritz, a complex urbanizedembayed beach. A data-set from a 3-day field campaign carried out in 2018 including pressuremeasurements and video-derived run-up data is utilized for the model validation. These ap-plications demonstrate that the model reproduces wave transformations and subsequent swashmotions reasonably well. The validated model results and observations are then used to investi-gate the swash motions, under varying conditions of waves and tide. Results show that the tidallevel played a key-role in the swash dynamics. At low tide, the conditions were dissipative andthe swash was dominated by the infragravity motions. At high tide reflective conditions wereobserved with a domination of the short-wave frequencies. These changes are explained by thedouble-slope profile where a low sloping area is found in the intertidal zone and a steep slope onthe foreshore. The tidal modulation also influenced the dissipation of infragravity waves, whichwere found to dissipate energy substantially at low tide through breaking, while at mid andhigh tide standing wave patterns, characteristic of shoreline reflection, were observed. Underenergetic conditions the influence of the tide was minimized as the large waves tended to breakon the low sloping portion, regardless of the tide. These results highlight the complexity of theswash behavior in 3D conf
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Castelle, Bruno. "Modélisation de l'hydrodynamique sédimentaire au-dessus des barres sableuses soumises à l'action de la houle : application à la côte aquitaine." Bordeaux 1, 2004. http://www.theses.fr/2004BOR12859.
Full textAbstract:
Cette thèse présente la première étude complète de la dynamique des vagues, des courants moyens induits et des barres sableuses sur les plages d'Aquitaine. La démarche suivie repose sur la modélisation des processus physiques, en interaction avec l'imagerie satellite et aérienne, les observations sur le terrain, ainsi que le traitement et l'analyse in-situ. Du 12 au 19 Octobre 2001 sur la plage aquitaine du Truc Vert, la campagne de mesures PNEC 2001 a permis de collecter des données hydrodynamiques et sédimentaires pendant des conditions de houle énergétiques. A partir de l'analyse de ces données, le module hydrodynamique du modèle morphodynamique développé au cours de cette thèse a été validé, et la dynamique des courants moyens au-dessus de la plage du Truc Vert a été décrite. A partir de simulations au-dessus des systèmes barre/baïne et de systèmes de barres en croissant de la côte aquitaine, on montre que la modulation tidale des processus est intense. La formation des courants sagitaux est favorisée par les houles longues et frontales tandis qu'un courant de dérive oscillant est induit par les houles d'incidence oblique. Le couplage morphodynamique complet avec prise en compte de la marée montre que le mécanisme d'auto-organisation est à l'origine de la formaion des systèmes barre/baïne dans la zone intertidale et des systèmes de barres en croissant dans la zone subtidale. Les caractéristiques morphologiques des systèmes formés sont en accord avec les observations sur le terrain. Le développement de ces barres est également étudié, ainsi que sa sensibilité au forçage au large. L'étude aboutit à un nouveau modèle conceptuel de la morphologie desbarres sableuses observées sur la côte aquitaineThis thesis presents the first complete study of wave dynamics, wave-induced currents, and morphodynamics of nearshore sandy bars on the aquitanian coast beaches. This study is based on a physical modeling approach, associated with satellite imagery as well as treatment and analysis of field data. From the 12th to the 19th of october 2001 at Truc Vert beach, hydrodynamic and sedimentary data were collected during PNEC 2001 field measurements for energetic swell conditions. From the analysis of these data, the hydrodynamic module of the morphodynamic model developed during this thesis has been validated, and the dynamics of waves and wave-induced currents has been described. Simulations over aquitanian coast ridge and runnel systems and nearshore crescentic bar system show an intense tidal modulation of physical processes. Rip currents are induced by shore normal incidence long swells and an oscillating longshore current is induced by oblic incidence swells. The morphodynamic coupling including tidal cycles shows that self-organization mechanisms are responsible for the formation fo ridge and runnel systems in the intertidal domain and crescentic bar systems in the nearshore zone. The morphological characteristics of simulated systems are in agreement with observations. The development of these bars is also studied, as well as its sensitivity to wave forcing. The study leads to a new conceptual model of sandy bars morphology on the aquitanian coast
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Jarry, Nicolas. "Etudes expérimentales et numériques de la propagation des vagues au-dessus de bathymétries complexes en milieu côtier." Phd thesis, Université du Sud Toulon Var, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00644931.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la détermination des caractéristiques de la houle à la côte. Les études réalisées s'intéressent aux phénomènes de réfraction et diffraction de la houle, à la reflexion sur un ouvrage ainsi qu'à la transmission au-dessus d'une structure immergée. Un code de calcul numérique de propagation de la houle est développé sur le principe des limitations angulaires. L'ajout dans les équations d'un paramètre de diffraction facilite la prise en compte de cet effet. Une étude expérimentale sur le comportement de la surface libre de la houle au passage d'un haut-fond a aussi été réalisée. Elle met en évident la compétition entre les effets de réfraction et de diffraction, et montre que les crêtes d'une houle monochromatique ne croisent pas mais tendent plutôt à se déphaser quand le haut-fond est immergé. Conjointement, des travaux de recherche fondamentale sur l'extraction de l'énergie des vagues ont conduit à des essais en canal en houle régulière, afin de caractériser expérimentalement l'action des forces de pression résultant des effets de Longuet-Higgins lorsqu'une houle se réfléchit sur un ouvrage. Suie à ces essais, on entrevoit la mise au point d'un nouveau système de récupération de l'énergie de la houle. Le calcul de son rendement énergétique est effectué en houle irrégulière, et une estimation de la production énergétique est faite pour un cas d'implantation sur site réel. Enfin, un récif artificiel en géotextiles immergés est dimensionné et testé en canal pour deux projets industriels, afin d'en évaluer les coefficients de transmission.
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Jarry, Nicolas. "Etudes expérimentales et numériques de la propagation des vagues au-dessus de bathymétries complexes en milieu côtier." Phd thesis, Toulon, 2009. https://theses.hal.science/tel-00644931/fr/.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur la détermination des caractéristiques de la houle à la côte. Les études réalisées s'intéressent aux phénomènes de réfraction et diffraction de la houle, à la reflexion sur un ouvrage ainsi qu'à la transmission au-dessus d'une structure immergée. Un code de calcul numérique de propagation de la houle est développé sur le principe des limitations angulaires. L'ajout dans les équations d'un paramètre de diffraction facilite la prise en compte de cet effet. Une étude expérimentale sur le comportement de la surface libre de la houle au passage d'un haut-fond a aussi été réalisée. Elle met en évident la compétition entre les effets de réfraction et de diffraction, et montre que les crêtes d'une houle monochromatique ne croisent pas mais tendent plutôt à se déphaser quand le haut-fond est immergé. Conjointement, des travaux de recherche fondamentale sur l'extraction de l'énergie des vagues ont conduit à des essais en canal en houle régulière, afin de caractériser expérimentalement l'action des forces de pression résultant des effets de Longuet-Higgins lorsqu'une houle se réfléchit sur un ouvrage. Suie à ces essais, on entrevoit la mise au point d'un nouveau système de récupération de l'énergie de la houle. Le calcul de son rendement énergétique est effectué en houle irrégulière, et une estimation de la production énergétique est faite pour un cas d'implantation sur site réel. Enfin, un récif artificiel en géotextiles immergés est dimensionné et testé en canal pour deux projets industriels, afin d'en évaluer les coefficients de transmissionThis thesis treats about the determination of the waves characteristics on coastal areas. The studies deal especially with the phenomenon of wave refraction and diffraction, reflection on marine works, and transmission above a submerged structure. A numerical calculation code of the wave propagation is developed on the curvilinear coordinates principle formed by the rays and the crests. It allows following wave propagation without any angle limitation. Addition of a diffraction parameter inside the equations facilitates the consideration of this effect. An experimental study on the waves' free surface behaviour propagating over a shoal was also carried out. It enabled to show the competition between refraction and diffraction effects and reveals that the crests of a monochromatic wave do not cross, but tend to diphase, since the shoal is submerged. Jointly, fundamental research works on tapping waves' energy leaded to undertake wave flume tests in regular waves, in the purpose of experimentally characterising pressure stresses resulting from Longuet-Higgins's oscillator effects when a wave is reflected by a marine works. Following these tests, we can foresee the construction of a new wave energy recovery system. Its efficiency is calculated for irregular waves, and an estimation of the energetic production is done for the case of an implementation on a real site. At last, an artificial submerged reef composed by geotextile bags is dimensioned and tested in wave flume for two industrial projects in order to evaluate the transmission coefficients
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Attié, Jean-Luc. "Etude d'un écoulement près d'un relief à partir de moyens aéroportés (expérience Pyrex)." Toulouse 3, 1994. http://www.theses.fr/1994TOU30140.
Full textAbstract:
Ce memoire de these est une contribution experimentale a l'etude de la circulation atmospherique au voisinage des pyrenees. Elle s'inscrit dans le cadre du programme international pyrex dont l'objectif est d'ameliorer les connaissances dans la definition de la rugosite des zones a fort relief et, par suite, d'ameliorer les modeles de prevision depuis l'echelle synoptique jusqu'a l'echelle regionale. Cette campagne scientifique a necessite des moyens materiels lourds et extremement sophistiques. Du fait de sa mobilite et de son action dans l'espace tridimensionnel, l'avion peut documenter des phenomenes atmospheriques qui s'etendent de la centaine de kilometres a quelques metres. De ce fait, les avions ont rendu possible l'analyse des differents mecanismes impliques dans les transferts de la quantite de mouvement autour du massif des pyrenees. Les mesures aeroportees ont permis d'etudier le phenomene selon trois echelles qui englobent les perturbations de moyenne echelle, les ondes de sillage et la distribution spatiale de la turbulence. Les champs thermodynamiques (a moyenne echelle) permettent de preciser les mecanismes qui regissent le bilan d'energie de ces quantites. L'analyse des phases entre les grandeurs thermodynamiques montre un aspect interessant dans l'estimation des flux energetiques au niveau des ondes de sillage. L'etude statistique de la turbulence en aval des pyrenees revele des caracteres communs avec la turbulence rencontree dans des conditions homogenes
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Melinand, Benjamin. "Meteotsunamis, Proudman resonance and Corioliseffect for water waves." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0082/document.
Full textAbstract:
Dans ce travail nous nous intéressons aux comportement de vagues soumises à l’action d’une pression atmosphérique non constante, un fond mobile et la force de Coriolis. Une première partie est dédiée à l’étude de la résonance de Proudman. Nous proposons une approche mathématique rigoureuse pour étudier ce phénomène. Nous commençons par démontrer un résultat d’existence locale dans un cadre irrotationnel sur les équations des vagues (appelées aussi formulation de Zakharov/Craig-Sulem). Puis, nous justifions différents modèles asymptotiques pour généraliser cette résonance dans diverses situations physiques. Nous proposons en particulier une étude détaillée dans des eaux profondes dans un régime linéaire. Nous étudions aussi la propagation de vagues dans des eaux profondes dans un régime faiblement non-linéaire grâce aux équations de Saut-Xu et nous proposons un schéma numérique pour résoudre ces équations. Dans une deuxième partie, nous étudions l’effet de la force de Coriolis sur les vagues. Nous démontrons un résultat d’existence locale sur les équations Castro-Lannes, équations qui généralisent la formulation de Zakharov/Craig-Sulem dans un cadre rotationnel. Nous justifions ensuite différents modèles asymptotiques dans des eaux peu profondes en présence de la force de Coriolis. En particulier, nous proposons une généralisation des équations de Boussinesq (modèle asymptotique dans un régime faiblement linéaire) lorsque la force de Coriolis n’est pas négligeable. Ces équations nous permettent ensuite de justifier mathématiquement les ondes de Poincaré puis l’équation d’Ostrovsky qui généralise l’équation de Korteweg-De-Vries en présence de la force de CoriolisIn this work, we are interested in the evolution of water waves under the influence of a non constant atmospheric pressure, a moving bottom and a Coriolis forcing. In a first part, we study the Proudman resonance. We propose a mathematical approach to understand this phenomenon. First, we prove a local wellposedness result in a irrotational framework on the water waves equations (also called the Zakharov/Craig-Sulem formulation). Then, we fully justify different asymptotic models. In particular, we carefully study the Proudman resonance in deep water in the linear regime. Finally, we study the propagation of water waves in a weakly nonlinear regime thanks to the Saut-Xu equations and we propose a numerical scheme in order to solve these equations. In a second part, we study the influence of a Coriolis forcing on water waves. We prove a local wellposedness result on the Castro-Lannes equations, which generalize the Zakharov/Craig-Sulem formulation in the rotational framework. Then, we fully justify different asymptotic models when we take into account a Coriolis forcing. In particular, we generalize the Boussinesq equations (asymptotic model in a weakly nonlinear regime) in this setting. Thanks to these equations, we justify the Poincaré waves and then the Ostrovsky equation, which generalize the Korteweg-De- Vries equation when a Coriolis forcing is taking into account
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Drevard, Déborah. "Étude expérimentale et numérique de la propagation d'ondes de gravité en zone de déferlement." Toulon, 2006. http://www.theses.fr/2006TOUL0003.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail est d'étudier expérimentalement et numériquement la propagation et le déferlement d'ondes de gravité. La première partie, expérimentale, propose des méthodes de calcul, basées sur les houles de Stokes, pour la mesure d'ondes partiellement stationnaires à partir d'instruments de type électromagnétique (S4) ou acoustique (ADV) donnant des mesures synchrones de vitesses et/ou de pression. Les influences du courant, de la direction de propagation, de la profondeur d'immersion des appareils ainsi que des effets non linéaires sont alors étudiés à partir de données en bassin et in situ. La deuxième partie, numérique, consiste en la validation d'une méthode de suivi de surface libre (SL-VOF : Semi-Lagrangian Volume Of Fluid), insérée dans un code de calcul industriel (Société Principia R&D). L'étude de la propagation et du déferlement du soliton est effectuée pour deux applications : sur une marche puis sur un fond de pente constante 1/15The purpose of this work consists in studying experimentally and numerically the propagation and the breaking of gravity waves. In the first part, calculations, based on Stokes wave theory, are proposed for the measurement of partially standing wave from electromagnetic (S4) or acoustic (ADV) instruments giving velocities and/or pressure synchronous measurements. Influences of current, wave propagation direction, immersion depth of instrument and nonlinear effects are then studied for both laboratory and nearshore experiments. In the second part, an improved interface tracking algorithm (SL-VOF, Semi-Lagrangian Volume Of Fluid), inserted in an industrial code (EOLE, Principia R&D) is validated for gravity wave breaking in shallow water. Two applications are considered for the study of the shoaling and the breaking of a solitary wave: over a step (discontinuity of the bottom) and over a constant mild slope (1/15)
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Dufresne, Margarita. "Modélisation de la houle par éléments finis." Compiègne, 1997. http://www.theses.fr/1997COMP0986.
Full textAbstract:
Les modèles bidimensionnels horizontaux de la surface libre dans les cas de la distribution de pression hydrostatique (modèle de Saint-Venant) et non-hydrostatique ont été démontrés. Le développement des équations de Boussinesq et de Serre par la méthode de perturbation et leur analyse détaillée ont été effectués avec précision du domaine de validité de chaque équation. La grande variété de modèles de type Serre-Boussinesq résulte des multiples alternatives qui s'offrent lors du choix de la composante horizontale de la vitesse, ainsi que l'interprétation que l'on donne à cette dernière. La correction de Madsen introduit pour améliorer le caractère dispersif des équations servis comme une base de "fabrication" des différents modèles. Les modèles éléments finis des équations de type Serre-Boussinesq en une et deux dimensions ont été établis, en utilisant pour la discrétisation temporelle des schémas non-diffusifs de type Lax-Wendroff. La validation des modèles monodimensionnels a été effectuée par comparaison avec les solutions analytiques ou bien avec mesures expérimentales pour différents types de conditions aux limites dans le cas du fond plat et du fond quelconque. L'aptitude des modèles bidimensionnels horizontaux éléments finis des équations Serre-Boussinesq à simuler correctement des phénomènes physiques tels que la réfraction, la diffraction et la réflexion a été illustrée par plusieurs tests numériques et la comparaison avec ses analogues expérimentaux. La simulation pour une géométrie bidimensionnelle complexe a été effectuée avec un maillage irrégulier avec raffinement local à l'aide du logiciel I-DEAS. Un modèle de déferlement, basé sur l'intervention d'une diffusion turbulente sous forme d'un terme de dispersion dans l'évaluation de quantité de mouvement a été proposé. Un accord satisfaisant entre les résultats du calcul et les enregistrements expérimentaux a été obtenuThe two-dimensional (horizontal plane) models of free surface wave propagation are deduced from the fundamental equations of fluid mechanics. They are based on the non Iinear non-dispersive wave approach described by Saint-Venant equations (hydrostatic pressure), and on the non-linear dispersive wave approach described by Serre and Boussinesq type equations (non-hydrostatic pressure). The Boussinesq and Serre equations are developed using perturbation method with definition of the domain of validity of various approximations. A considerable number of Serre and Boussinesq type models is due to the choice of the kind of horizontal velocity, for which we give unambiguous interpretation. Higher-order terms introduced by Madsen to improve frequency dispersion serve as a base of "product" of different Boussinesq-type modeis. A one-dimensional and a two-dimensional (in plane) finite elements model of Serre and Boussinesq-type equations with improved frequency dispersion are presented. The time discretisation is based on Lax-Wendrofftype non-diffusive scheme. The one-dimensional numerical models are validated comparing with theoretical solutions and results obtained experimentally for horizontal and uneven bottom with various boundary conditions. The two-dimensional (in plane) Serre-Boussinesq finite elements models, capable to predict the refraction, diffraction and reflection are validated with good agreements between numerical and experimental results. The irregular meshs for complex bathymetry are created using I-DEAS code. A new one-dimensional breaking wave propagation model based on the Boussinesq type equations is developed by introduction of turbulent dissipation. Satisfactory agreements between numerical results and experiences are obtained
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Deborde, Julien. "Modélisation et simulation de l’interaction fluide-structure élastique : application à l’atténuation des vagues." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0606/document.
Full textAbstract:
Une méthode complètement Eulérienne reposant sur un modèle 1-fluide est présentée afinde résoudre les problèmes d’interaction fluide-structure élastique. L’interface entre le fluideet la structure élastique est représentée par une fonction level-set, transportée par le champde vitesse du fluide et résolue par un schéma d’ordre élevé WENO 5. Les déformationsélastiques sont calculées sur la grille eulérienne à l’aide des caractéristiques rétrogrades.Nous utilisons différents modèles d’hyperélasticité, afin de générer puis d’intégrer les forcesélastiques comme terme source des équations de Navier Stokes. Le couplage vitesse/pressionest résolu par une méthode de correction de pression et les équations sont discrétisées parla méthode des volumes finis sur la grille eulérienne. La principale difficulté réside dansles grands déplacements de fluide autour du solide, source d’instabilités numériques. Afind’éviter ces problèmes, nous effectuons périodiquement une redistanciation de la level-setet une extrapolation linéaire des caractéristiques rétrogrades. Dans un premier temps,nous effectuons la vérification et la validation de notre approche à l’aide de plusieurs castests comme celui proposé par Turek. Ensuite, nous appliquons notre méthode à l’étudedu phénomène d’atténuation des vagues par des structures élastiques. Il s’agit d’une desvoies possibles pour réduire l’impact des fortes houles sur notre littoral. De plus dans lalittérature et à notre connaissance, seules des structures élastiques rigides ou élastiquesmais monodimensionnelles ont été utilisées pour réaliser ces études. Nous proposons deplacer des structures élastiques sur les fonds marins et analysons leur capacité d’absorptionde l’énergie produite par les vaguesA fully Eulerian method is developed to solve the problem of fluid-elastic structure interactionsbased on a 1-fluid method. The interface between the fluid and the elastic structureis captured by a level set function, advected by the fluid velocity and solved with a WENO5 scheme. The elastic deformations are computed in an Eulerian framework thanks to thebackward characteristics. We use the Neo Hookean or Mooney Rivlin hyperelastic modelsand the elastic forces are incorporated as a source term in the incompressible Navier-Stokesequations. The velocity/pressure coupling is solved with a pressure-correction methodand the equations are discretized by finite volume schemes on a Cartesian grid. The maindifficulty resides in that large deformations in the fluid cause numerical instabilities. Inorder to avoid these problems, we use a re-initialization process for the level set and linearextrapolation of the backward characteristics. First, we verify and validate our approachon several test cases, including the benchmark of FSI proposed by Turek. Next, we applythis method to study the wave damping phenomenon which is a mean to reduce thewaves impact on the coastline. So far, to our knowledge, only simulations with rigid orone dimensional elastic structure has been studied in the literature. We propose to placeelastic structures on the seabed and we analyse their capacity to absorb the wave energy
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Tanguy, Hervé. "Synthèse de Lois de Commande à Gains Programmés pour la Stabilisation en Roulis des Navires." Phd thesis, Ecole centrale de nantes - ECN, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00109896.
Full textAbstract:
Les systèmes de stabilisation du roulis implantés à bord des navires utilisent souvent des ailerons, pilotés par une loi de commande. Celle-ci est paramétrée en vitesse, mais ne prend pas en compte les variations de l'environnement : la direction, la hauteur et la période des vagues. Intégrer ces informations doit permettre l'amélioration des performances des navires. La première partie est consacrée à la modélisation de la dynamique du navire en roulis. La deuxième partie, est consacrée à la synthèse des lois de commande : dans un premier temps, une méthodologie de réglage est proposée, basée sur l'interprétation naturelle du cahier des charges par un problème d'optimisation multi-objectifs. Ensuite, un régulateur à gains programmés est calculé, sous forme polytopique, par la résolution de LMI. Les paramètres variant sont la vitesse et un paramètre de qualité de stabilisation. Les lois de commande calculées sont testées en simulation.
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Laffitte, Elodie. "Modélisation de la propagation de la houle en présence de courants cisaillés et par bathymétrie variable." Electronic Thesis or Diss., Toulon, 2018. http://www.theses.fr/2018TOUL0017.
Full textAbstract:
Cette thèse de doctorat traite d'un aspect particulier des intéractions houle-courant-bathymétrie, à savoir l'influence de la vorticité sur un phénomène de résonance de Bragg. Pour l'aspect modélisation, une analyse numérique est présentée, basée sur la comparaison de deux modèles hyperboliques - Pente Douce et Pente Douce Modifiée - étendus pour intégrer des courants cisaillés. L'influence de deux paramètres caractéristiques du courant, le cisaillement ( considéré comme constant sur la colonne d'eau) et la célérité en surface, est évaluée pour établir une première tendance vis-à-vis du comportement de la houle. Pour aller plus loin, une campagne expérimentale en canal à houle a fourni un jeu de données originales sur la propagation d'une houle régulière de fréquence variable, réfléchie par une bathymétrie ondulée et un courant cisaillé évolutif. Une analyse poussée a confronté les résultats numériques - basés sur différentes représentations du courant - aux données expérimentales, et plusieurs conclusions fortes en sont ressorties. Sous l'influence d'un courant cisaillé, le pic de Bragg se trouve réduit, en amplitude comme en fréquence, mais un pic de réflexion inattendu survient pour des houle à hautes fréquences ( entre 1.25 et 1.45Hz). Ensuite, si des modélisations précises du comportement du courant nous ont mené à une très bonne approche de l'intensité de la réflexion de Bragg, la fréquence pic associée a systématiquement été surestimée par les modèles. Grâce à une profonde remise en question de la théorie et une collaboration des membres de l'équipe, une nouvelle modélisation a vu le jour, avec une décomposition originale du potentiel des vitesses pour tenir compte de la dissymétrie des nombres d'onde incident et réfléchis (dissymétrie causée par le courant et sa vorticité). Les premiers résultats montrent qu'avec cette nouvelle théorie, la détermination de la fréquence pic n'est plus un problème. Cette nouvelle approche de la réflexion, par fortes variations bathymétriques et en présence de courant à structure variable, promet de belles découvertes sur l'influence de la vorticitéThis PhD thesis focuses on a specific part of the interactions between waves, current and bathymetry: the influence of the vorticity on the Bragg resonance phenomenon. Two numerical models, based on hyperbolic equations, are compared: the Mild Slope equation and the Modified Mild Slope equation, both extended to consider vorticity. To establish some trends about the wave behaviour in such configuration, the influence of the vorticity has been compared to the influence of the surface current velocity, in a parametric study. To go further, an experimental campaign has been settled in a wave flume, and the reflexion of regular waves propagating above sinusoïdal bathymetry and horizontally varying sheared currend has been registered for a large range ofwaves frequencies. Sorne strong conclusions asserted themselves: under the influence of a varying sheared current, the maximum of reflexion is reduced, both in amplitude and frequency, but another local maximum appears in higher waves frequencies (between 1.25 and l .45Hz). Moreover, our modelling achieved to represent the amplitude of the Bragg Peak quite well, but always overestimated the associated frequency. Thanks to a strong questioning of the theory and a collaboration between several researchers, a new modelling arised, with an original decomposition of the velocity potential taking into account the asymmetry between the incident and reflected wavenumbers. The first results are very optimistic: find the Bragg Peak frequency is not a problem anymore, and the study on the vorticity influence can continue. This new approach in coastal engineering will generate as many questions as opportunities
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Lecuyer-Le, Bris Romain. "Modélisation numérique et expérimentale de la captation d'énergie houlomotrice : application aux essais à échelle réduite en bassin." Thesis, Brest, 2022. http://theses-scd.univ-brest.fr/2022/These-2022-SML-Mecanique_genie_mecanique_mecanique_des_fluides_et_energetique-LECUYER_LE_BRIS_Romain.pdf.
Full textAbstract:
Le comportement des systèmes houlomoteurs est non–linéaire et complexe à modéliser fidèlement, notamment en raison de l’interaction fluide–structure et du caractère aléatoire de la houle. La capacité d’un système houlomoteur à récupérer une part de l’énergie des vagues dépend de la stratégie de contrôle utilisée ainsi que de la fiabilité du modèle de comportement. Les temps de calcul numérique doivent rester raisonnables afin de permettre un contrôle en temps réel.Dans ce contexte, des calculs en fluide parfait permettent de modéliser l’interaction fluide–structure au premier ordre. Cette approche de diffraction-radiation met en évidence les fonctions de retard du système dont une analyse fine a été menée dans ce travail et illustrée sur un cas de référence. Cette thèse propose d’établir une méthode applicable à la modélisation de n’importe quel type de système houlomoteur multi–corps. La formulation des efforts hydrodynamiques issue des hypothèses de fluide parfait est alors complétée de termes semi-empiriques afin de tenir compte d’effets non linéaires. Les efforts d’origine visqueuse représentés sont particulièrement influents au voisinage des résonances des mouvements.Cette méthode permet également l’intégration de données expérimentales dans le modèle numérique. Un travail expérimental a donc été mené afin de comprendre, quantifier et intégrer au modèle numérique les effets observés expérimentalement pour un corps ancre. Enfin des éléments en faveur d’une campagne expérimentale d’un système à deux corps sont présentésThe behaviour of wave energy converters (WEC) is non-linear and complex to model accurately, especially due to the fluid–structure interaction and the randomness of the wave. The ability of a WEC to recover some of the wave energy depends on the control strategy used and the reliability of the behaviour model. Numerical computation time must remain reasonable in order to allow real–time control. In this context, perfect fluid calculations are used to model the fluid-structure interaction at first order. This diffraction–radiation approach highlights the delay functions of the system, a detailed analysis of which has been carried out in this work and illustrated on a reference case. This thesis proposes to establish a method applicable to the modelling of any type of multi-body WEC. The formulation of the hydrodynamic forces resulting from the assumptions of perfect fluid is then supplemented with semi–empirical terms in order to take into account non–linear effects. The viscous forces represented are particularly influential in the vicinity of the motion resonances. This method also allows the integration of experimental data into the numerical model. Experimental work was therefore carried out in order to understand, quantify and integrate the effects observed experimentally for an anchored body into the numerical model. Finally, elements in favor of an experimental campaign for a two-body system are presented
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Bosi, Umberto. "A unified spectral/hp element depth-integrated Boussinesq model for nonlinear wave-floating body interaction." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0084/document.
Full textAbstract:
Le secteur de l’énergie houlomotrice s’appuie fortement sur la modélisation mathématique et la simulation d’expériences physiques mettant en jeu les interactions entre les ondes et les corps. Dans ce travail, nous avons développé un modèle d’interaction de fidélité moyenne vague-corps pour la simulation de structures tronquées flottantes fonctionnant en mouvement vertical. Ce travail concerne l’ingénierie de l’énergie marine, pour des applications telles que les convertisseurs d’énergie de vague (WEC) à absorption ponctuelle, même si ses applications peuvent aussi être utilisées en ingénierie maritime et navale. Les motivations de ce travail reposent sur les méthodes standard actuelles pour décrire l’interaction corps-vague. Cellesci sont basées sur des modèles résolvant le flux de potentiel linéaire (LPF), du fait de leur grande efficacité. Cependant, les modèles LPF sont basés sur l’hypothèse de faible amplitude et ne peuvent pas répresenter les effets hydrodynamiques non linéaires, importants pour le WEC opérant dans la région de résonance ou dans les régions proches du rivage. En effet, il a été démontré que les modèles LFP prédisent de manière excessive la production de puissance, sauf si des coefficients de traînée sont calibrés. Plus récemment, des simulations Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) ont été utilisées pour les WEC. RANS est un modèle complet et précis, mais très coûteux en calcul. Il n’est ni adapté à l’optimisation d’appareils uniques ni aux parcs énergétiques. Nous avons donc proposé un modèle de fidélité moyenne basé sur des équations de type Boussinesq, afin d’améliorer le compromis entre précision et efficacité. Les équations de type Boussinesq sont des modèles d’ondes intégrées en profondeur et ont été un outil d’ingénierie standard pour la simulation numérique de la propagation d’ondes non linéaires dans les eaux peu profondes et les zones côtières. Grâce à l’élimination de la dimension verticale, le modèle résultant est très efficace et évite la description temporelle de la limite entre la surface libre et l’air. Jiang (2001) a proposé un modèle de Boussinesq unifié, décomposant le problème en deux domaines : surface libre et corps. Dans cette méthode, le domaine du corps est également modélisé par une approche intégrée en profondeur - d’où le terme unifié. Récemment, Lannes (2016) avait analysé de manière rigoureuse une configuration similaire dans une équation non linéaire en eaux peu profondes, en déduisant une solution exacte et semi-analitique pour des corps en mouvement. Suivant la même approche, Godlewski et al. (2018) a élaboré un modèle de flux d’eau peu profonde encombrée. [...] Dans cette thèse, nous développons les résultats présentés par Eskilsson et al. (2016) et Bosi et al. (2019). Le modèle est étendu à deux dimensions horizontales. Le modèle 1D est vérifié à l’aide de solutions fabriquées et validé par rapport aux résultats publiés sur l’interaction vague-corps en 1D pour les pontons fixes et corps en mouvement de soulèvement forcé et libre. Les résultats des preuves de concept de la simulation de plusieurs corps sont présentés. Nous validons et vérifions le modèle 2D en suivant des étapes similaires. Enfin, nous mettons en oeuvre la technique de verrouillage, une méthode de contrôle de mouvement du corps pour améliorer la réponse au mouvement des vagues. Il est démontré que le modèle possède une excellente précision, qu’il est pertinent pour les applications d’ondes en interaction avec des dispositifs à énergie houlomotrice et qu’il peut être étendu pour simuler des cas plus complexesThe wave energy sector relies heavily on mathematical modelling and simulation of the interactions between waves and floating bodies. In this work, we have developed a medium-fidelity wave-body interaction model for the simulation of truncated surface piercing structures operating in heave motion, such as point absorbers wave energy converters (WECs). The motivation of the work lies in the present approach to wave-body interaction. The standard approach is to use models based on linear potential flow (LPF). LPF models are based on the small amplitude/ small motion assumption and, while highly computational efficient, cannot account for nonlinear hydrodynamic effects (except for Morison-type drag). Nonlinear effects are particularly important for WEC operating in resonance, or in nearshore regions where wave transformations are expected. More recently, Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) simulations have been employed for modelling WECs. RANS is a complete and accurate model but computationally very costly. At present RANS models are therefore unsuited for the optimization of single devices, not to mention energy farms. Thus, we propose a numerical model based built on Boussinesq-type equations to include wave-wave interaction as well as finite body motion in a computationally efficient formulation. Boussinesq-type equations are depth-integrated wave models and are standard engineering tool for numerical simulation of propagation of nonlinear wave in shallow water and coastal areas. Thanks to the elimination of the vertical dimension and the avoidance of a time-dependent computational the resulting model is very computational efficient. Jiang (Jiang, 2001) proposed a unified Boussinesq model, decomposing the problem into free surface and body domains. Notably, in Jiang’s methodology also the body domain is modeled by a depth-integrated approach –hence the term unified. As all models based on Boussinesq-type equations, the model is limited to shallow and intermediate depth regimes. We consider the Madsen and Sørensen model, an enhanced Boussinesq model, for the propagation of waves. We employ a spectral/hp finite element method (SEM) to discretize the governing equations. The continuous SEM is used inside each domain and flux-based coupling conditions are derived from the discontinuous Galerkin method. The use of SEM give support for the use of adaptive meshes for geometric flexibility and high-order accurate approximations makes the scheme computationally efficient. In this thesis, we present 1D results for the propagation and interaction of waves with floating structures. The 1D model is verified using manufactured solutions. The model is then validated against published results for wave-body interaction. The hydrostatic cases (forced motion and decay test) are compared to analytical and semi-analytical solutions (Lannes, 2017), while the non-hydrostatic tests (fixed pontoon and freely heaving bodies) are compared to RANS reference solutions. The model is easily extended to handle multiple bodies and a proof-of-concept result is presented. Finally, we implement the latching technique, a method to control the movement of the body such that the response to the wave movement is improved. The model is extended to two horizontal dimensions and verified and validated against manufactured solutions and RANS simulations. The model is found to have a good accuracy both in one and two dimensions and is relevant for applications of waves interacting with wave energy devices. The model can be extended to simulate more complex cases such as WEC farms/arrays or include power generation systems to the device
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Robinet, Arthur. "Modélisation de l’évolution long-terme du trait de côte le long des littoraux sableux dominés par l’action des vagues." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0946/document.
Full textAbstract:
Les littoraux sableux dominés par l'action des vagues sont des zones très dynamiques où l'aléa érosion menace les activités humaines et la sécurité des personnes. Comprendre et prévoir les évolutions du trait de côte est crucial pour informer et guider les gestionnaires du littoral. Actuellement, aucun modèle numérique ne permet de reproduire les évolutions du trait de côte sur l'ensemble des échelles spatio-temporelles et des configurations de côte requises du fait de limitations numériques et physiques. Cette thèse se concentre sur le développement de nouveaux outils de modélisation à complexité réduite pour simuler les évolutions du trait de côte le long des littoraux sableux dominés par l'action des vagues sur des échelles de temps allant de l'heure à plusieurs décennies avec des temps de calcul réduits. D'abord, un modèle statistique de trait de côte s'appuyant uniquement sur les occurrences saisonnières de régimes de temps est développé. Ce modèle permet de simuler la variabilité du trait de côte à l'échelle pluriannuelle, sans avoir besoin de connaitre les conditions de vagues ou de modéliser le transport sédimentaire. Puis, un nouveau modèle numérique de trait de côte basé sur les vagues (LX-Shore) est développé en intégrant entre autres les forces de certains modèles existants. Il inclut les processus cross-shore et longshore, et couple la dynamique du trait de côte à la propagation des vagues via le modèle spectral de vagues SWAN. Ce modèle permet de simuler l'évolution de formes complexes comme par exemple les flèches sableuses. Ces outils ouvrent aussi la voie vers une meilleure évaluation des évolutions futures du trait de côte, ainsi que de la contribution respective des processus impliquésWave-dominated sandy coasts are highly dynamic and populated systems increasingly threatened by erosion hazard. Understanding and predicting shoreline change is critical to inform and guide stakeholders. However, there is currently no numerical model able to reproduce and predict shoreline evolution over the full range of temporal scales and coastal geometries owing to numerical and physical limitations. This thesis focuses on the development of new reduced-complexity models to simulate shoreline change along wave-dominated sandy coasts on the timescales from hours to decades with low computation time. First, a statistical shoreline change model based on the seasonal occurrences of some oceanic basin weather regimes is developed. This model allows simulating shoreline variability at the seasonal and interannual scales, without resorting to wave data or sediment transport modeling. Second, a new so-called LX-Shore numerical wave-driven shoreline change model is developed, which takes the best from some existing models and includes additional numerical and physical developments. LX-Shore couples the primary longshore and cross-shore processes and includes the feedback of shoreline and bathymetric evolution on the wave field using a spectral wave model. LX-Shore successfully simulates the dynamics of coastal embayments or the formation of subsequent nonlinear evolution of complex shoreline features such as flying sandspits. It is anticipated that LX-Shore will provide new and quantitative insight into the respective contributions of the processes controlling shoreline change on real coasts for a wide range of wave climates and geological settings
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Quentin, Françoise. "Contrôle du mouvement de la houle dans un canal." Compiègne, 1992. http://www.theses.fr/1992COMPD547.
Full textAbstract:
Le travail a pour thème général l'étude des bassins à houle. Dans un bassin de carène de type canal, on se propose d'étudier les commandes en boucle ouverte des batteurs de manière à générer une houle donnée : onde plane ou superposition d'ondes planes. Le modèle représentatif de la propagation de la houle dans le bassin est un système d'équations aux dérivées partielles, équations linéarisées de l'hydrodynamique. Nous avons envisagé deux méthodes de résolution numérique des équations. La première technique est basée sur la méthode des éléments finis en espace et un schéma d'intégration de Newmark en temps. Etant donné que le nombre d'inconnues croît avec la taille du bassin, cette technique est rapidement devenue trop coûteuse en temps calcul et a dû être abandonnée. Par contre, la méthode de décomposition spectrale de l'opérateur stationnaire du problème donne des formules explicites et, par suite, demande un faible coût calcul. C'est pour cette raison que tous les essais ultérieurs ont été pratiqués selon cette seconde méthode. Nous avons tout d'abord appliqué cette technique au calcul du mouvement de la houle dans le bassin. Ensuite, le problème de contrôle a été abordé sous différents aspects. Nous avons effectué la création et l'entretien de la houle par des techniques d'optimisation, avec un ou deux batteurs contrôlables. Enfin, les effets liés au second ordre ont également été étudiés. Enfin, les problèmes de contrôlabilité exacte sont abordés en utilisant les techniques développées par J. L. Lions dans le cadre de la méthode HUM.
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Charrayre, François. "Modélisation de fermes de systèmes houlomoteurs : effets d’interactions entre systèmes à l’échelle de la ferme et impact sur le climat de vagues à l'échelle régionale." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PEST1097/document.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur le développement d'un ensemble d'outils numériques destinés à simuler différents aspects des interactions vagues-structure appliquées à l'exploitation des systèmes de récupération de l'énergie des vagues (SREV). Elle a été réalisée dans le cadre du projet ANR Monacorev (projet ANR11-MONU-018-01, 2012-2015).L'objectif est de pouvoir traiter la question des interactions à l'échelle d'une ferme de SREVs (≈ 1 km), et d'étudier l'impact d'une ou plusieurs fermes de SREVs à l'échelle régionale (≈ 10km) sur le champ de vague total. Des méthodes de modélisation et de simulation adaptées sont développées pour chacune de ces deux échelles. Jusqu'à présent, les interactions entre les SREVs étaient bien souvent étudiées en considérant que le fond était plat (l'influence d'un fond variable sur le champ de houle au niveau de la ferme étant alors jugé négligeable), ce qui permet de calculer facilement et rapidement le champ de vagues et les interactions grâce à l'utilisation de la théorie linéaire potentielle. Une application pratique de cette méthode est le calcul du rendement d'une ferme de SREVs, et l'optimisation de leurs positions relatives au sein d'un parc. Dans le cadre de la théorie linéaire, cette thèse propose une méthodologie de couplage originale entre un code de tenue à la mer (Aquaplus) et un code de propagation de la houle en zone côtière (Artemis), laquelle a été développée et qualifiée. Les simulations réalisées montrent que, pour une configuration de ferme de SREVs donnée, on ne peut pas toujours négliger les effets de la bathymétrie. Par exemple, la présence d'une plage de pente 10% au large d'une ferme de SREV peut modifier la hauteur des vagues de manière significative, et affecter ainsi le rendement de la ferme de manière significative par rapport au cas où le fond est uniformément plat. A l'échelle côtière régionale, il est aussi intéressant de simuler et prédire l'impact de fermes de SREVs sur le champ de vagues. Pour des raisons d'efficacité, une approche à phases moyennées de modélisation des vagues a été privilégiée, fondée sur le code spectral d'états de mer Tomawac. La représentation des effets d'un SREV à travers l'utilisation d'un terme puits (concept permettant de soustraire au spectre d'énergie d'état de mer local l'énergie correspondant à celle absorbée par le SREV), bien qu'incomplète du fait que les effets de radiation/diffraction ne sont pas pris en compte, a été étudiée et testée. Une nouvelle méthodologie prenant en compte ces effets dans un code spectral est présentée ici et testée, avec l'objectif de pallier à ces limitations. Les discussions sur la validité de deux approches permettent d'esquisser des pistes de développements ultérieurs pour la représentation des fermes de SREV à l'échelle régionaleThis thesis focuses on the development of a set of numerical tools to simulate different aspects of the wave-body interactions applied to the exploitation of wave energy converters (WEC). It was conducted under the ANR Monacorev project (project-ANR11 MONU-018-01, 2012-2015).The objective is to address the issue of the interactions at the scale of a farm of WECs (≈ 1 km), and to study the impact of one or more WEC farms at the regional scale (≈ 10km ) on the total wave field. Modeling and simulation methods adapted for each of these two scales are developed. Until now, the interactions between WECs was often studied by considering that the bottom was flat (the influence of a variable bathymetry on the wave field at the farm site being considered to be negligible), allowing to easily and quickly calculate the wave field and interactions through the use of linear potential theory. A practical application of this method is the yield estimation for a WEC farm and the optimization of the WEC position within a park. In the framework of the linear theory, this thesis proposes an original coupling methodology between a seakeeping (Aquaplus) and a wave propagation code in coastal areas (Artemis), which was developed and qualified. Simulations show that, for a given WEC farm configuration, effects of the bathymetry cannot systematically ignored. For example, the presence of a 10% slope close to a WEC farm can significantly modify the wave height, and thus affect the performance of the farm by several percent compared to the case with a uniformly flat bottom. At the regional coastal scale, it is also interesting to simulate and predict the impact of WEC farms on the wave field. At this scale, for efficiency reasons, a phase-averaged simulation of waves was preferred, based on the sea state spectral code TOMAWAC. The representation of the effects of a WEC through the use of a sink-term (concept for subtracting the energy equivalent to that absorbed by the WEC to the sea state energy spectrum), though incomplete due to the fact that the scattering effects are not taken into account, has been studied and tested. A new methodology taking into account these effects in a spectral code is presented here and tested with the aim to overcome these limitations. Discussions on the validity of these approaches allow us to propose possible future developments for the modeling of WEC farm at the regional scale
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Bellec, Stevan. "Nouvelle approche pour l'obtention de modèles asymptotiques en océanographie." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0182/document.
Full textAbstract:
Dans ce manuscrit, nous nous inéressons à l'étude du mouvement des vagues soumises uniquement à leur poids par le biais d'équations asymptotiques. Nous commençons par rappeler la dérivation des principaux modèles généralement utilisés (Boussinesq, Green-Naghdi,...). Nous introduisons également un nouveau modèle exprimé en amplitude-flux qui correspond à une variante des équations de Nwogu. Dans le second chapitre, nous démontrons un résultat d'existence en temps long pour ces nouvelles équations et nous étudions l'existence d'ondes solitaires pour les équations de Boussinesq. Ce travail permet notamment de calculer avec une grande précision ces solutions exactes. Le troisième chapitre détaille les différences non linéaires que l'on retrouve entre les différentes équations de Boussinesq (modèles en flux-amplitude comparés aux modèles en vitesse-amplitude). Enfin, les deux derniers chapitres introduisent un nouveau paradigme pour trouver des schémas numériques adaptés aux modèles asymptotiques. L'idée est d'appliquer une analyse asymptotique aux équations d'Euler discrétisées. Ce nouveau paradigme est appliqué aux équations de Peregrine, de Nwogu et de Green-Naghdi. Plusieurs cas tests sont proposés dans ces deux chapitresIn this work, we are interested in the evolution of water waves under the gravity force using asymptotics models. We start by recalling the derivation of most used models (Boussinesq, Green-Naghdi,...) and we introduce a new model expressed amplitude-flux, which is an alternative version of the Nwogu equations. In the second chapter, we prove a long time existence result for the new model and we investigate the existence of solitary waves for the Boussinesq models. This work allow us to compute these solutions with a good precision. The third chapter highlights the nonlinear differences between the Boussinesq equations (amplitude-flux models versus amplitude-velocity models). Finally, the two last chapter introduce a new paradigm in order to find numerical schemes adapted to asymptotics models. The idea is to apply an asymptotic analysis to a discretized Euler system. This new paradigm is applied to Peregrine equations, Nwogu equations and Green-Naghdi equations. Test cases are presented in these two chapters
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Ducrozet, Guillaume. "Modélisation des processus non-linéaires de génération et de propagation d'états de mer par une approche spectrale." Phd thesis, Université de Nantes, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00263596.
Full textAbstract:
L'analyse des processus non-linéaires de génération et de propagation de la houle a constitué le cadre de cette thèse. Afin d'améliorer la compréhension de ces phénomènes, une méthode numérique dite High-Order Spectral (HOS), résolvant le problème de façon non-linéaire, a été développée. Cette méthode, avec une formulation surfacique et résolue de manière spectrale, associe précision et efficacité. Un traitement original de la génération de houle non-linéaire est proposé. Il permet l'accès à des simulations de champs de vagues tridimensionnels complexes, fortement cambrés, dans un bassin de houle. Diverses comparaisons avec des expériences menées dans le bassin du Laboratoire de Mécanique des Fluides de l'ECN sont présentées.
Des simulations océaniques, en milieu ouvert, sont également proposées. Un intérêt particulier est porté à l'étude de l'apparition des vagues scélérates au sein de l'océan. L'importance des effets non-linéaires est pointée ainsi que l'aptitude de la méthode à modéliser de tels phénomènes. Des comparaisons avec les méthodes classiquement employées dans ce genre de problématique indiquent l'intérêt de l'approche utilisée ici.
La résolution du problème de tenue à la mer est également envisagée. L'utilisation de la méthode HOS dans les codes couplés, développés au Laboratoire de Mécanique des Fluides (potentiel, RANS, SPH), est envisagée. Elle permettra la description précise de la houle incidente ; le couplage est mis en place et validé sur un certain nombre de cas d'application.
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Blot, Romain. "Etude et modélisation des variations spatio-temporelles des distributions d'aérosols en zone côtière méditerranéenne." Phd thesis, Université du Sud Toulon Var, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00651785.
Full textAbstract:
Avec 70% de la surface de la planète recouverte par les mers et les océans, la présence de particules salées, produites majoritairement par le déferlement de vagues, représente une composante majeure dans le cycle géochimique de l'atmosphère et dans le bilan radiatif terrestre. Nos connaissances doivent progresser vers une description et une modélisation des flux actuels plus précises afin d'être capable d'anticiper les changements éventuels de la composition de l'atmosphère. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre général d'une meilleure caractérisation des particules injectées dans l'atmosphère par le déferlement des vagues. Un des objectifs est d'etudier la validité des modèles paramétriques et numériques pour prédire la variation spatio-temporelle des particules d'aérosols à l'échelle locale et régionale. Une première partie du travail est consacrée à l'étude de la variation spatiale des concentrations d'aérosols dans une zone côtière méditerranéenne. Pour ce faire, un couplage entre un code météorologique méso-échelle (RAMS) et un modèle déterministe de distributions d'aérosols développé par le LSEET (Medex)a été réalisé. Les prédictions du couplage sont confrontées aux données enregistrées lors d'une campagne expérimentale menée en mai 2007 à la station de mesures du laboratoire sur l'île de Porquerolles. Une deuxième partie du travail s'est concentrée sur l'amélioration du modèle paramétrique Medex. A partir, de données enregistrées en mai 2007, les prédictions de Medex ont été affinées, en particulier par correction de l'influence saisonnière. Dans une troisième partie, on s'est intéressé aux paramètres qui influencent les variations de concentrations en aérosols lors d'un épisode de Mistral. Il est montré que des paramètres autres que la vitesse du vent interviennent, tel que le fetch et la hauteur de la couche limite marine. Une dernière partie est consacrée au développement d'un modèle numérique de transport des aérosols. Les premiers résultats permettent de montrer l'influence de la stabilité atmosphérique sur les profils horizontaux et verticaux d'aérosols.
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Blot, Romain. "Etude et modélisation des variations spatio-temporelles des distributions d'aérosols en zone côtière méditerranéenne." Phd thesis, Toulon, 2009. https://theses.hal.science/tel-00651785/fr/.
Full textAbstract:
Avec 70% de la surface de la planète recouverte par les mers et les océans, la présence de particules salées, produites majoritairement par le déferlement de vagues, représente une composante majeure dans le cycle géochimique de l'atmosphère et dans le bilan radiatif terrestre. Nos connaissances doivent progresser vers une description et une modélisation des flux actuels plus précises afin d'être capable d'anticiper les changements éventuels de la composition de l'atmosphère. Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre général d'une meilleure caractérisation des particules injectées dans l'atmosphère par le déferlement des vagues. Un des objectifs est d'etudier la validité des modèles paramétriques et numériques pour prédire la variation spatio-temporelle des particules d'aérosols à l'échelle locale et régionale. Une première partie du travail est consacrée à l'étude de la variation spatiale des concentrations d'aérosols dans une zone côtière méditerranéenne. Pour ce faire, un couplage entre un code météorologique méso-échelle (RAMS) et un modèle déterministe de distributions d'aérosols développé par le LSEET (Medex)a été réalisé. Les prédictions du couplage sont confrontées aux données enregistrées lors d'une campagne expérimentale menée en mai 2007 à la station de mesures du laboratoire sur l'île de Porquerolles. Une deuxième partie du travail s'est concentrée sur l'amélioration du modèle paramétrique Medex. A partir, de données enregistrées en mai 2007, les prédictions de Medex ont été affinées, en particulier par correction de l'influence saisonnière. Dans une troisième partie, on s'est intéressé aux paramètres qui influencent les variations de concentrations en aérosols lors d'un épisode de Mistral. Il est montré que des paramètres autres que la vitesse du vent interviennent, tel que le fetch et la hauteur de la couche limite marine. Une dernière partie est consacrée au développement d'un modèle numérique de transport des aérosols. Les premiers résultats permettent de montrer l'influence de la stabilité atmosphérique sur les profils horizontaux et verticaux d'aérosolsWith 70% of the planet surface covered by seas and oceans, the presence of sea salt particles, produced mainly by the waves breaking, represents a major constituent in the geochemical cycle of the atmosphere and in the earth radiative budget. Ln order to anticipate the possible changes, our knowledge has to progress towards a more precise description and modelling of surface flux. The present study proposes a general framework for a better characterization of particles injected in the atmosphere by the waves breaking. One of the objectives is to study the parametrical and numerical models' validity in order to predict the spatio-temporal sea spray's variation at a local and regional scale. A first part of this work is dedicated to the study of the aerosol concentrations' spatial variation in a Mediterranean coastal zone. To do so, a coupling between a meso-scale meteorological code (RAMS) and an aerosol determinist model (Medex) developed by the LSEET has been operated. The predictions of the coupling are confronted with the data recorded during an experimental campaign led in May 2007 at Porquerolles Island. The second part is focused on the parametrical model improvement : with the help of the data recorded in May 2007, the seasonal influence has been corrected, thus refining the Medex predictions. The third part is dedicated to the parameters influencing the sea spray concentrations during an episode of Mistral. It is shown that other parameters than the wind speed act, such as fetch or the height of the marine boundary layer. The last part proposes the development of a numerical transport model of aerosols. The first results show the influence of the atmospheric stability on the horizontal and vertical profiles of sprays