Résultats de la mise en oeuvre des réseaux REPHY et SRN – Zones côtières de la Manche orientale et de la baie sud de la Mer du Nord – Bilan de l’année 2015

The coastal zone of the Nord – Pas de Calais / Picardie showed dysfonctioning patterns of the ecosystem considered to be link to human activities along shores. These results in regular massive development of species, such as the phytoplanktonic seaweed, Phaeocystis sp. which life cycle was partly linked to nutrients availability and consequently to anthropogenic inputs. As part of the evaluation of the influence of continental inputs on the marine environment (nitrates, phosphates,…) and on potential eutrophication processes, of the estimation of the efficiency of the sewage treatments plants in the possible elimination of dumpings and in order to establish a long-term survey to follow up the change in coastal waters quality, the regional nutrients monitoring network was implemented by Ifremer in collaboration with the Agence de l'Eau Artois-Picardie in 1992 in order to complete the REPHY (Phytoplankton and Phycotoxins) monitoring programme. This study reports the main results for the year 2015 in terms of temporal change of the main physico-chemical and biological parameters characteristic of water masses sampled along three transects offshore Dunkerque, Boulogne-sur-Mer and the Bay of Somme.

Influence des conditions hydrométéorologiques sur les flux et bilans sédimentaires en estuaire de Seine

La dynamique sédimentaire à l’embouchure de l’estuaire de Seine est principalement contrôlée par les forçages hydrométéorologiques (débit, vent, vagues, marée) et les fortes pressions anthropiques (endiguement, dragage, clapage). La compréhension et la quantification de la dynamique des flux sédimentaires en suspension (sable/vase) est un enjeu majeur, autant d’un point vu écologique (ex. turbidité, envasement) que financier (ex. gestion des chenaux de navigation). La mise en place de réseaux de mesure in situ permet une meilleure compréhension de la dynamique sédimentaire de l’estuaire, mais leur caractère local rend difficile toute estimation des flux et bilans sédimentaires. Pour répondre à ces questions, cette étude s’appuie sur la modélisation numérique, validée par de nombreuses séries de mesures in situ, afin de quantifier les flux et bilans sédimentaires à différentes échelles caractéristiques de temps et d'espace. Les concentrations simulées dans la zone d'extension du bouchon vaseux sont du même ordre que les observations et leur dynamique associée aux différentes phases et cycles de la marée, ainsi qu'au cycle hydrologique, est satisfaisante. L’analyse des flux résiduels et bilans sédimentaires aux échelles annuelle et trimestrielle a permis d’identifier un schéma de circulation à l’embouchure de l’estuaire et de quantifier l’importance du forçage hydrologique (crue/étiage) sur les échanges sédimentaires. Enfin, ce travail se poursuivra par l’étude de ces flux et bilans pour différents scénarios hydrométéorologiques contrastés.

Modélisation hydro-sédimentaire de la rade de Toulon : application à l’étude de la dispersion de radionucléides

L’objectif de ce travail est mettre en place un modèle hydro-sédimentaire de dispersion des radionucléides, comme outil d’aide à la décision suite à une hypothétique contamination marine accidentelle. Appliqué à la Rade de Toulon, il utilise le modèle MARS-3D pour l’étude hydrodynamique et le module MIXSED pour la dynamique des différentes classes de sédiments. Les cas d’application présentés concernent le césium et le plutonium, qui ont des affinités très différentes avec les sédiments fins. Les simulations de rejet, effectuées en fond de baie, montrent une variabilité saisonnière marquée, due aux conditions météorologiques typiques, mais aussi aux conditions de débit et de charge sédimentaire associée du fleuve Las, qui se jette dans la Rade. Ainsi, les simulations par forts vents, qui favorisent la circulation et les échanges de masses d’eau, présentent une diminution rapide des activités dissoutes. Par ailleurs, le Vent d’Est hivernal, qui engendre d’importantes crues du Las et un apport de sédiments à la Rade, favorise le piégeage des radionucléides dans les sédiments de fond, où les deuxtiers de la contamination initiale sont piégés après une simulation de deux mois.

Incertitudes des méthodes d’évaluation « eaux littorales » : utilisation de modèles linéaires dynamiques pour l’évaluation des incertitudes (chlorophylle a, phytoplancton)

L’incertitude associée à une mesure a pour origine d’une part la variabilité environnementale et d’autre part l’ensemble du processus d’acquisition depuis le prélèvement jusqu’à la saisie de la donnée dans une base. L’estimation de l'ensemble de cette variabilité est un exercice complexe à réaliser dans le cadre d’un plan d’expérience. En revanche, les séries temporelles présentent la caractéristique d’intégrer toutes les variabilités et ainsi l’analyse de ces séries en terme de signal et bruit doit permettre de quantifier l’amplitude des incertitudes. Toutefois, les séries temporelles d’observation présentent un ensemble de caractéristiques les rendant difficiles à analyser. Les modèles linaires dynamiques constituent une approche adaptée à ces données particulières en faisant l’hypothèse de paramètres variables dans le temps. Ainsi, l’objet du présent travail consiste à estimer les variances liées au processus d’observation à l’aide de modèles linéaires dynamiques. Plus particulièrement, les mesures considérées sont la chlorophylle a et l’abondance phytoplanctonique aux lieux de surveillance REPHY « Arcachon-Bouée- 7 » et « Teychan bis ». Les résultats montrent que pour la chlorophylle a, la variabilité d’observation est responsable de l’ordre de 80 % de la variabilité totale. Pour l’abondance phytoplanctonique, elle est également de 80 % à « Arcachon-Bouée 7 » mais de l’ordre de 70 % à « Teychan bis ». Ainsi la part de « bruit » est liée au lieu et au paramètre considéré. Exprimée en pourcentage de la médiane de la chlorophylle a, la variance d’observation place les bornes de l’intervalle de confiance à 95 % des observations à des valeurs de l’ordre de -40 % et +120 % de la médiane, l’intervalle étant sous estimé car ne prenant pas en compte la variabilité structurelle. Pour l’abondance phytoplanctonique en log10 cell./L, les ordres de grandeur correspondant en pourcentage de la moyenne sont de ± 13.5 %. Pour les deux paramètres, ces valeurs sont compatibles avec l’expérience des experts. Ainsi, l’approche mise en oeuvre s’est avérée riche d’enseignements en matière d’incertitude de mesure et les nombreuses améliorations méthodologiques envisagées ouvrent des perspectives fécondes à tout point de vue.

Caractérisation du fonctionnement d'une hydrolienne à membrane ondulante pour la récupération de l'énergie des courants marins

This manuscript presents three approaches : analytical, experimental and numerical, to study the behaviour of a flexible membrane tidal energy converter. This technology, developed by the EEL Energy company, is based on periodic deformations of a pre-stressed flexible structure. Energy converters, located on each side of the device, are set into motion by the wave-like motion. In the analytical model, the membrane is represented by a linear beam model at one dimension and the flow by a 3 dimensions potential fluid. The fluid forces are evaluated by the elongated body theory. Energy is dissipated all over the length of the membrane. A 20th scale experimental prototype has been designed with micro-dampers to simulate the power take-off. Trials have allowed to validate the undulating membrane energy converter concept. A numerical model has been developed. Each element of the device is represented and the energy dissipation is done by dampers element with a damping law linear to damper velocity. Comparison of the three approaches validates their ability to represent the membrane behaviour without damping. The energy dissipation applied with the analytical model is clearly different from the two other models because of the location (where the energy is dissipated) and damping law. The two others show a similar behaviour and the same order of power take off repartition but value of power take off are underestimated by the numerical model. This three approaches have allowed to put forward key-parameters on which depend the behaviour of the membrane and the parametric study highlights the complementarity and the advantage of developing three approaches in parallel to answer industrial optimization problems. To make the link between trials in flume tank and sea trials, a 1/6th prototype has been built. To do so, the change of scale was studied. The behaviour of both prototypes is compared and differences could be explained by differences of boundary conditions and confinement effects. To evaluated membrane long-term behaviour at sea, a method of ageing accelerated by temperature and fatigue tests have been carried out on prototype materials samples submerged in sea water.