Nom du service émetteur Mardi 27 mars 2012

Risques

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Mardi 27 mars 2012

Journée des Doctorants

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Journée des Doctorants

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Journée des Doctorants

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Journée des Doctorants

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Journée des Doctorants

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Journée des Doctorants

> 2

Origine des exports de sédiments fluviatiles : prise en compte de l’hétérogénéité spatiale des versants -

Magalie Delmas - Thèse soutenue

> Soutenance le 18 mai 2011 à Paris VI (ED GRN Paris VI, O. Cerdan – J.M. Mouchel, financement BRGM)

> Résultats majeurs • Méthodologie de calcul des flux • Calcul des exports à la mer des fleuves français • Modélisation connectivité des versants aux rivières

> Valorisation • 4 articles de rang A • 4 congrès internationaux (5 posters, 2 oraux) • 4 congrès français (3 posters, 2 oraux)

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> 2

Transfert de particules des zones d’érosion aux masses d’eau sur le bassin Loire-Bretagne

Aurore GAY - 1ère année

> MASTER 2 Espace Rural et Environnement (Université de Bourgogne – Dijon)

> Encadrement : Olivier Cerdan (BRGM), Marc Desmet (Université de Tours)

> Financement : BRGM – Agence de l’eau Loire-Bretagne > Objectif de la thèse : • Développement d’indicateurs de la connectivité

des versants et des cours d’eau • Modélisation du transfert de sédiments

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> 2

Les relations hydrogéologiques entre substrat et formations superficielles : contribution à l’étude des

mouvements de terrain dans les reliefs de faible énergie

Nicolas Bollot - 1ère année > Master Géographie physique à l’Université Reims

Champagne Ardenne > Ecole doctorale SHS de Reims ; laboratoire

GEGENA² EA 3795 > Financeur de la bourse doctorale : CIVC > Objectif de la thèse : Démontrer et quantifier le rôle des eaux de surface et souterraines dans l’apparition et la réactivation des mouvements de terrain

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Modélisation des incertitudes dans la prédiction de l’érosion hydrique

Marie Rousseau

Université Paris-Est / CERMICS Ecole des Ponts ParisTech, BRGM

Encadrement BRGM : Olivier Cerdan, Pierre Sochala Directeur : Alexandre Ern (Cermics)

3ème année

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Objectifs de la thèse

>Contexte et enjeux scientifiques

Processus physiques

Modèle physique

Modèle numérique

Incertitudes de modèle

Erreurs numériques

Physique

Mat

hs /

Info

Paramètres d’entrée,

conditions limite

Incertitudes stochastiques

Quantités d’intérêt

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Principales étapes > Etude bibliographique • Sur les méthodes d’analyse de sensibilité : en hydrologie la plupart

des études utilisent des méthodes locales univariées, ne considérant pas les interactions paramétriques.

• Sur les méthodes de propagation d’incertitude, en hydrologie seules les méthodes non-intrusives sont utilisées

• En érosion, très peu d’études traitent de la modélisation des incertitudes

> Objectifs : • Prendre en compte et analyser les incertitudes paramétriques dans la

prédiction de l’érosion. – Mise en place d’une modélisation stochastique. – Quantifier l’impact des incertitudes paramétriques sur les résultats.

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> Code C++ résolvant le système de Saint Venant + modèle d’infiltration • Méthode numérique avancée • Elaboration de 3 autres codes pour en faire des comparaisons

(méthodes et modèles plus simples et plus couramment utilisés)

> Mise en place d’un terme source stochastique dans un modèle de ruissellement • Incertitude sur le terme source infiltration � le paramètre le plus

influent du modèle d’infiltration est considéré aléatoire • Méthode de Monte Carlo pour échantillonnage + outils statistiques

pour évaluer les impacts

> Mise en place d’une méthode globale d’analyse de sensibilité • Estimation d’indices pour quantifier l’influence de chaque paramètre

ou groupe de paramètres sur la réponse du modèle • Choix des variables de sortie de la réponse

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Journée des Doctorants

Résultats > Etude comparative sur l’intérêt de complexifier un

modèle pour la simulation de ruissellement • Un modèle simplifié de Saint-Venant (onde cinématique) peut se révéler

suffisant pour des configurations simples • La méthode la plus utilisée en hydro (différences finies) n’est pas assez

fiable, celle des volumes finis est plus précise et robuste

> Mise en place d’une méthodologie pour propager les incertitudes paramétriques et évaluer leurs impacts • Méthode applicable à un modèle d’érosion/ruissellement, la propagation

d’ondes sismiques, lois de caractérisation des sols (Sochala) • Utilisation d’une méthode d’analyse de sensibilité globale pour

déterminer une hiérarchisation au sein des paramètres d’entrée

> Perspectives • Quantifier et propager les incertitudes dans les paramètres d’érosion • Spatialiser les paramètres stochastiques d’érosion

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Journée des Doctorants

Partenariats et valorisations

> Participation à l’élaboration d’un code C++ de simulation hydrologique, licence déposée par le MAPMO (FullSWOF_2D)

> Partenariat actif avec l’Ecole des Ponts ParisTech, et le Laboratoire d'Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l'Ingénieur (LIMSI)

> Valorisation • 3 articles de rang A (dont 2 en tant que premier auteur) • 3 congrès internationaux (dont 1 oral) • 2 congrès français • 2 workshops internationaux

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Modélisation numérique des processus d’érosion

à l’échelle des bassins versants

LE Minh Hoang Encadrement : S. Cordier1 - O. Cerdan2 - P. Sochala2

Partenaires associés : BRGM – MAPMO – Région Centre

3ème année

(1): MAPMO - Mathématiques et Applications, Physique Mathématique d'Orléans (2): BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin, BP 36009 - 45060 Orléans Cedex 2

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Thèse modélisation erosion > 20

• Mettre en place une modélisation de l’érosion à l’échelle de la parcelle en déterminant et en estimant les paramètres principaux qui régissent ce processus. • Déterminer ensuite à partir de ces premiers

travaux une modélisation au niveau du bassin versant. • Le résultat final de cette thèse sera donc un

logiciel de simulation intégrant les dernières avancées (numériques et thématiques.

Objectifs

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Thèse modélisation erosion > 21

• Bibliographie sur les modèles d’érosion existants. • Evaluation des conditions d’application du

splitting • Une solution analytique du système couplé St

Venant et Exner • Mise en œuvre d'un modèle multi classe couplé

avec les équations de Saint-Venant • Prise en compte des rugosité de la surface, la

distribution des tailles de grains • Calibration des paramètres du modèle • Première étape sur la construction d’un modèle à

l’échelle du bassin versant

Travaux réalisés

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Journée des Doctorants

Modélisation et calibration • Etudier la sensibilité de chaque paramètre du modèle • Déterminer la bonne gamme de valeur pour chaque paramètre

Pluie 60 mm/h Pluie 120 mm/h

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Journée des Doctorants

Modélisation et calibration

Pluie 60 mm/h Pluie 120 mm/h

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Thèse modélisation erosion > 24

• Etudes du changement d’échelle: construire d’un nouveau modèle avec la distribution de la hauteur d’eau dans la sous-maille

Programme 2012

Types d’érosion sur un bassin versant •Erosion diffuse (sheet erosion) •Erosion linéaire ou en rigole (rill erosion) •Erosion en ravine (gully erosion)

Problème: comment prendre en compte la microtopographie ?

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Journée des Doctorants

Thèse modélisation erosion > 25

• Etudes du changement d’échelle: construire d’un nouveau modèle avec la distribution de la hauteur d’eau dans la sous-maille

Programme 2012

Avec microtopographie Sans microtopographie

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Journée des Doctorants

Thèse modélisation erosion > 26

• Etudes du changement d’échelle : construction d’un nouveau modèle avec la distribution de la hauteur d’eau dans la sous-maille • Application BV

• Rédaction et soutenance de thèse

Programme 2012

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Journée des Doctorants

Thèse modélisation erosion > 27

> Faits marquants • Réunions régulières avec le MAPMO, pour le suivi de la thèse ou pour

la gestion commune des codes de modélisation • Discussion avec plusieurs numériciens et mathématiciens lors des

colloques et congrès. • Co-encadrement avec O. Cerdan des stages d'E. Ducluzeau et de L.

Leton. > Valorisation

• C. Berthon, S. Cordier, M.H. Le, O. Delestre. : An analytical solution of Shallow water syteme coupled to Exner equation (in publication of CRAS)

• S. Cordier, M.H. Le, T. Morales de Luna. Bedload transport in shallow water models: why splitting (may) fail, how hyperbolicity (can) help, Advances in Water Resources.

• M.H. Le, O. Cerdan, P. Sochala. 2010. A review of physically based models for soil erosion by water, in EGU General Assembly - Vienna - Austria - 02– 207 May 2010, Geophysical Research Abstracts, vol 12.

• M.H. Le, O. Cerdan, P. Sochala, B. Cheviron, and S. Cordier. 2011. A review of physically based models for soil erosion by water , in preparation to be submitted to Catena, ESR or EPSL.

• M.H. Le, O. Cerdan, P. Sochala and S. Cordier. 2010. Modélisation de l’érosion par le ruissellement: Méthode numérique et Applications, RST 2010 – Bordeaux – octobre 2010.

• M.H. Le, O. Cerdan, P. Sochala, S. Cordier et C. Lucas: Modélisation numérique de l'érosion des sols à l'aide d'une approche multiclasse, Guidel, Bretagne 23 – 27 Mai 2011.

Faits marquantsFaits marquants et valorisation

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> 2

Imagerie géophysique des versants instables et modélisation hydromécanique :

Application au glissement de Super-Sauze Julien GANCE - 2ème année

> Ingénieur en Sciences de la Terre > ED Sciences de la Terre, de l'Univers et de l'Environnement, EOST > Financement : ANR CARNOT

> Etat d’avancement des travaux • Acquisitions de données sur le terrain • Développement d’une méthode d’inversion

tomographique sismique • Photogrammétrie pour suivi des électrodes • Traitement de données électriques en time-lapse

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> 2

Contribution des mécanismes hydrologiques ethydrogéologiques aux glissements de terrain de grande ampleur. Application au milieu tropical de La Réunion - Pierre BELLE - 2ème année

> Master 2 « Hydrogéologie Sol et Environnement » - Avignon > Ecole doctorale « Sciences Technologies Santé » de

l’université de La Réunion > Accueil : SGR Réunion / Laboratoire Géosciences

Université de La Réunion – Financeur : Région Réunion > Etat d’avancement des travaux :

� Réseau de suivi hydrogéologique (glissement de terrain de Grand Ilet) � Précision du modèle géologique � Compréhension du fonctionnement hydrogéologique du glissement � Relations entre mise en charge de la nappe et vitesses

de déplacement � Modélisation inverse pluie/déplacement

pp

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Caractérisation des éboulements à partir de leurs signaux sismiques :

application au cratère Dolomieu, Piton de la Fournaise, La Réunion

Clément Hibert Anne Mangeney, Gilles Grandjean, Thomas Dewez

et Nikolai Shapiro BRGM/IPGP

3ème année

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Depuis plusieurs années, la sismologie commence à être utilisée pour la surveillance des éboulements [Norris, 1994; Deparis et al., 2008; Helmstetter and Garambois, 2010 ] et, combinée à des modèles, elle permet de remonter à leurs propriétés intrinsèques et à leur dynamique [Favreau et al., 2010] � Méthodologie basée sur des techniques de traitement du signal

sismique et des modélisations numériques des éboulements (SHALTOP, Mangeney et al. [2003-2011])

� Méthodologie établie à partir de l'étude des éboulements qui affectent

le cratère Dolomieu

L'estimation de ces propriétés, comme le volume, est cruciale pour l'évaluation des risques :

Comment retrouver ces quantités à partir du signal sismique ?

Introduction

Mardi 27 mars 2012

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Utilisation conjointe de méthodes de traitement du signal sismique et de modélisation des instabilités gravitaires

Hibert et al. 2011

� Caractérisation de la signature sismique des instabilités gravitaires

� Calibration des paramètres qui contrôle les modélisations à partir des données sismologiques

� Découverte d'une loi d'échelle Energie/durée propre aux écoulements granulaires

Mardi 27 mars 2012

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Relations entre le signal sismiques des instabilités gravitaire et leurs propriétés intrinsèques : loi d'échelle Es-t et ΔEp-t

Possibilité de retrouver le volume des écoulements granulaires

Volume cumulé sur la période étudié

104

Es/ΔEp ~ 10-4 V=1.85 106 m3

Rapport Es/ΔEp moyen :

Es/ΔEp ratio Volume

Mardi 27 mars 2012

Journée des Doctorants

Validation à partir d'évènements observés

Photo courtesy of T. Staudacher

Validation du calcul du volume : l'effondrement du

16/05/2007

Installation de stations photogrammétriques afin d'observer et caractériser un plus grand nombre d'évènements

Photo courtesy of T. Dewez Mardi 27 mars 2012

Journée des Doctorants

Localisation automatique

Picking basé sur la calcul du Kurtosis sur une fenêtre glissante :

Rapide et très précis, même pour des signaux émergents

Méthode de localisation sur le principe des hyperboles. Modèle de propagation prenant en

compte la topographie, calculé par la Fast Marching Method

Mardi 27 mars 2012

Journée des Doctorants

> Nouvelles méthodes à partir du signal sismique:

• Estimation du Volume • Localisation > Permet l'étude spatio-temporelle

des éboulements > Perspectives : étude statistique et

cartes d'aléas > Etude de portabilité (Montserrat,

Martinique-RDP)

Conclusion

Mardi 27 mars 2012

Journée des Doctorants

> 2

Mécanismes multi-temporels et multi-échelles de l’évolution des falaises du littoral PACA, et plus particulièrement de la côte Bleue

dans les Bouches du Rhône Jérémy GIULIANO - 1ère année

> Diplôme avant thèse : M2R DSGA (UNSA) > Ecole doctorale, laboratoire : ESFA (UNSA) > Financeur de la bourse doctorale : Région PACA > Objectif de la thèse :

Comprendre l’évolution du recul des falaises à l’échelle locale et régionale (morphologie, altération)

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> 2

Impact du changement climatique sur le climat de vagues en zone côtière, par régionalisation dynamique : application à la côte aquitaine

Elodie Charles - Thèse soutenue > Lieu&Date soutenance : Toulouse, le 06/02/2012 > Ecole doctorale, laboratoire : Toulouse III - Paul Sabatier, spécialité

« Climat, Océan, Atmosphère, Surfaces Continentales », CNRM-BRGM. > Financeur de la bourse doctorale : Fondation AXA pour la recherche

> Résultats majeurs : • Tendances des climats actuel et futurs de vagues :

- Climat actuel (1958-2001) : augmentation des hauteurs vagues en été (1970-2001) - Climat futur (2060-2100 / 1960-2000) : diminution des hauteurs, périodes, rotation horaire des vagues d’été ; rotation horaire des houles d’hiver.

• Variabilité climatique : corrélation entre météorologie globale (figures de téléconnections, régimes de temps) et climats de vagues locaux

• Base de données BOBWA (http://bobwa.brgm.fr)

Mardi 27 mars 2012

Journée des Doctorants

> 2

Evolution actuelle de la couverture sédimentaire superficielle du plateau interne aquitain

et ses relations avec la dynamique littorale Alaïs Mazières - 1ère année

> Master, Sciences de la terre et environnement, Institut EGID Bordeaux 3

> UMR 5805 EPOC, Université Bordeaux 1 > Financeur : BRGM (50%), DGA (50%)

> Objectifs de la thèse • Le plateau interne proximal tient-il le rôle de stock sableux ? • Comment et quelles sont les quantités de sédiments

échangées entre le plateau et le littoral ? • Comment se poursuit la dérive littorale vers le sud ? • Alimente-t-elle l'activité Turbiditique du canyon de

CapBreton ? Mardi 27 mars 2012

Journée des Doctorants

Analyse des processus de dommages liés aux submersions marines et à l’effet des vagues, application aux tempêtes Johanna et Xynthia

Camille ANDRÉ - 2ème année > Master Géosciences spécialisation domaine marin/littoral

et risques naturels - Universités de Brest et Grenoble > Ecole Doctorale des Sciences de la Mer,

UMR 6554 LETG/Géomer, CNRS-UBO

> Financeur de la bourse doctorale : Fondation MAIF > Etat d’avancement des travaux : • Collecte des données d’assurance sur les sinistres des tempêtes sur

le bâti résidentiel • 1ère analyse des résultats :

� Typologie des dommages et des processus observés � Début de la typologie des enjeux et de leur vulnérabilité � Réflexion en cours sur la méthodologie d’évaluation des

dommages potentiels futurs

Mardi 27 mars 2012

Journée des Doctorants

Impacts morphologiques des surcotes et vagues de tempête

sur le littoral méditerranéen

Gervais Mathieu Bourse BRGM et Région Languedoc-Roussillon

Encadrement Brgm / Univ. Perpignan

En instance de soutenance

SGR-LRO de Montpellier Mardi 27 mars 2012

> Qu’est-ce qu’une tempête en Languedoc-Roussillon ? > Compréhension des processus hydro-sédimentaires lors des

tempêtes et au cours de la période de reconstruction > Compréhension / paramétrisation des relations facteurs physiques /

impacts morphologiques > Validation et utilisation de modèles morphodynamiques pour la

simulation des évolutions et la prévision des impacts

Rappel des objectifs scientifiques Argelès, décembre 1997

Mardi 27 mars 2012

Journée des Doctorants

Principaux résultats > Les seuils de tempête dans l’Hérault • Impacts corrélés à la houle + rôle secondaire surcote et énergie (durée) • Seuils morphogènes:

– Hs = 3 m pic de tempête � dynamique forte de la plage et des morphologies de barre (érosion)

– Hs = 4-5 m � forts impacts sur les ouvrages et submersion majeure des zones basses (overwash barrières naturelles)

• Houle (Hs) n’est pas toujours associée à de fortes surcotes, et le setup des vagues est de l’ordre de ~0,2 - 0,3 m (analyse historique sur 30 ans)

Overwash (Maguelone)

submersion

(Sète mars 2011)

Erosion de la dune (/route) et du trait de cote (Sète)

Facteurs hydrodynamiques météo-marins (réanalyse / 30 ans)

Mardi 27 mars 2012

Journée des Doctorants

> Facteurs dominants dans la réponse morphologique Comparaison de deux sites soumis aux mêmes forçages (tempêtes) • Comportement similaire sur les deux sites:

� Tempêtes entraînent recul des barres, érosion, et dépôt sur le haut de plage � Rôle des forçages sur le type de réponses (incidence, puissance, période) � Modèles conceptuels

• Variabilité de l’amplitude de la réponse: � Rôle majeur de la position et de la forme des barres d’avant-côte: � Sur l’atténuation de la houle � Sur les niveaux d’eau atteints sur le haut de plage � Sur les évolutions (volumes) de la plage émergée � Sur la complexité des évolutions des barres elles-mêmes

150m

S3 500m

Article en cours de soumission, Gervais et al., 2012 (Marine Geology)

Barre rythmique

Barre linéaire Suivi sur la plage de Sète sur deux hivers

Mardi 27 mars 2012

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> 2

> Le rôle des formes rythmiques des barres sur la circulation et le comportement morphologique lors des tempêtes

Petits festons serrés favorisent les courants d’arrachement et sont moins « robustes »

Article publié, Gervais et al., 2011 (Journal of Coastal Research)

Constat: 2 tempêtes similaires ayant entrainé des réponses morphologiques différentes Analyse de la courantologie (MARS+SWAN) lors des 2 événements �Circulation en cellule ou chenalisée lors des 2 événements a entrainé les réponses morphologiques différentes �Pour un forçage donné (tempête de déc ?), le motif de barre festonné contrôle l’hydro-dynamique et l’évolution morphologique

Mardi 27 mars 2012

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> 2

> Dynamique syn-tempête (suivi vidéo) � Migration rapide du motif de barre en fonction de l’incidence de la houle: plusieurs 100m en quelques heures, non mesurable par levés classiques • Réponse contrôlée par la puissance longitudinale de la houle au large

� Effacement des cornes de la barre (linéarisation) au pic de tempête, et redéveloppement d’irrégularités sur le tombant. Déformation des croissants en fonction de l’incidence. � Lien entre déformation des barres et zones en érosion / submergées

> Suivi à large échelle sur 3 années � Conservation des « grands » motifs de barre sur x tempêtes � préservation irrégularités

Effet d’une forte tempête à Hs = 5 m d’E-SE

Vagues Vagues

Confirmation syn-tempête Impacts dynamique des bancs sur la plage

Vagues

Article soumis, Balouin et al., 2012 (GCGC 2012) Mardi 27 mars 2012

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> 2

Conclusion

> Rôle des conditions de houle (seuils) • La houle et son intensité guident grandement les évolutions morphologiques sur la

plage (processus hydro-sédimentaires d’érosion et de dépôts) • Les climats de houle et l’extrême variabilité des conditions guident les

changements

> Fortes interactions morphologie/hydrodynamique • Rôle des formes de barre variables longitudinalement sur la houle incidente et la

réponse de la plage • Rôle de la taille des morphologies de festons sur l’hydrodynamique et leur

robustesse dans le temps • Dynamique rapide des barres lors des tempête selon la houle (apport vidéo) • Amélioration des concepts de circulation en zone littorale lors des tempêtes

> Vision du littoral à des échelles de temps et d’espace variables • Le comportement saisonnier de la plage demande un suivi régulier de chaque

tempête pour le comprendre. Ce suivi est indispensable à l’anticipation et à la gestion des risques côtiers

Mardi 27 mars 2012

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Merci de votre attention

Sète le 17 octobre 2010

Sète le 30 mars 2010

Sète le 12 mars 2011

Mardi 27 mars 2012

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Données « forçage hydrodynamique » : Bouée houlographe directionnel au large

(30m de fond) Niveau d’eau mesuré dans le port de Sète

Station météo permanente à Sète + Mesure non permanentes courantomètres + Données hydrodynamiques modélisées

Données « évolution morphologique » : Données historiques (levés, photos…)

Relevé topographique DGPS Bathymétrie DGPS + sondeur mono faisceau

= Profils cross-shore Interpolation � MNT � morpho 3D / Volumes

+ observations terrain (imagerie vidéo + photos)

Durée de tempête (Hs > 1 m), occurrence, énergie totale

Paramètres de houle (Hs, Ts, direction) Niveau marin : marée et surcote

+ mesures et modélisation vitesses des courants et du wave-setup

Evolution du volume de plage émergé Evolution de la position des barres

Evolution du trait de côte Evolution de la forme de barres

Appréciations rôle de la morphologie immergée sur les impacts sur la plage

Indicateurs morphologiques Paramètres forçant

Compréhension morphodynamique des comportements de tempête

� Appréciation de seuils de tempête et du rôle de la morphologie préexistante de la plage/avant-côte

Méthodologie et moyens mis en œuvre

Mardi 27 mars 2012

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