Sediment destabilisation and transport processes in the surf zone

Processus de mobilisation et de transport de sédiments dans la zone de déferlement

Céline Berni (1)

1 LEGI - Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels [Grenoble]

This study investigates the local processes of surf-zone bed sediment destabilization, erosion and transport. It is based on a physical model in the LEGI wave flume using lightweight sediment to fulfill scaling laws. Optical, acoustical and pressure sensors measurements technics were developped. The sensors are used simultaneously to characterize the bottom boundary layer in terms of velocities and concentration. The bed response was also determined measuring erosion depth, sheet-flow thickness and pore-pressure pressure transmission. This work mainly focuses on non-linearities of the flow and their effect on transport, especially the acceleration skewness. It is shown that this asymmetry contributes to the sediment transport in two different ways. One mechanism is that the free-stream asymmetry of the flow results in a velocity skewness near the bed, it produces a net transport. The second one is that the free-stream acceleration is proportional to the horizontal pressure gradient. This pressure stress can destabilize the bed in a form of a plug-flow. Our results show that shear stress (characterized by the Shields number) and pressure gradients (characterized by the Sleath number) can in turn destabilize the bed.

Ce travail porte sur les processus locaux de déstabilisation, d'érosion et de transport des sédiments sous l'action des vagues en zone de déferlement. L'étude s'appuie sur une modélisation physique menée dans le canal à houle du LEGI avec un sédiment léger pour respecter les similitudes de Rouse et de Shields. Dans ces expériences, nous développons des techniques de mesure optiques, acoustiques et de pression. Ces capteurs nous permettent de caractériser la couche limite en vitesses et en concentration mais aussi d'étudier la réponse du lit aux sollicitations des vagues via la quantification de profondeurs d'érosion, d'épaisseurs de la couche de sédiments en mouvement, fortement concentrée et de la transmission de la pression interstitielle. L'influence des non-linéarités de la houle sur le transport sédimentaire est étudiée, en particulier la dissymétrie de l'accélération (ou asymétrie). Elle est constatée sur la mesure de flux sédimentaire. Deux mécanismes sont identifiés. i) Une asymétrie hors de la couche limite conduit à une dissymétrie de vitesse dans la couche limite qui produit un transport net. ii) L'accélération hors de la couche limite est proportionnelle au gradient horizontal de pression et l'effort de pression qu'il suscite peut déstabiliser le lit (plug-flow). Nous vérifions dans nos expériences que la contrainte de cisaillement (caractérisée par le nombre de Shields) et le gradient de pression (caractérisé par le nombre de Sleath) peuvent alternativement déstabiliser le lit.

Mots clés: Sheet flow; Transport; Surf zone; Bed destabilization

Mots clés: Sheet flow; Transport; Zone de déferlement; Destabilisation du lit

Domaines: Sciences de la Terre

Céline Berni. Processus de mobilisation et de transport de sédiments dans la zone de déferlement. Sciences de la Terre. Université de Grenoble, 2011. Français. ⟨NNT : 2011GRENU041⟩. ⟨tel-00673277⟩