La zone côtière, englobant à la fois la zone de déferlement et le plateau interne, est une région extrêmement dynamique, où coexistent et interagissent des tourbillons et des courants d'arrachement à différentes échelles. Cette interface critique entre la terre et la mer joue un rôle essentiel dans le transport de divers éléments, tels que sédiments, contaminants (métaux lourds, microplastiques, pathogènes), et traceurs biologiques comme le plancton et les larves. Ces traceurs sont liés à des enjeux côtiers majeurs, comme l’érosion des plages, la pollution littorale et la préservation des écosystèmes. Sur des plages sableuses quasi uniformes le long du littoral, les principaux mécanismes de transport sont les courants d'arrachement transitoires, induits par des vagues multidirectionnelles. Bien que de nombreuses études aient exploré le transport de traceurs passifs dans ces conditions, la plupart reposent sur des modèles à vagues résolues bidimensionnels (Boussinesq), qui ne prennent pas en compte le cisaillement vertical, causé par les courants de surface dirigés vers la côte (dus au déferlement) et le courant de retour vers le large près du fond. Cette lacune conduit à sous-estimer le mélange dans la zone de déferlement et à le surestimer sur le plateau interne. Récemment, des modèles 3D à vagues résolues comme CROCO ont permis des études plus approfondies. L'objectif de cette thèse est d’améliorer ces modèles et d'évaluer l'impact du cisaillement vertical du courant d'arrachement sur la dispersion des traceurs. La première étape a consisté à corriger un problème d'interférence cohérente dans le générateur de vagues de CROCO, suivi de la validation de sa capacité à reproduire les dynamiques transitoires côtières à l'aide d'expériences en bassin à vagues. Une fois le modèle validé, l'influence du cisaillement vertical a été examinée à travers deux expériences de rejet de traceurs, l'une en bassin à vagues et l'autre lors d'une grande campagne de terrain à Imperial Beach, Californie. Les comparaisons des simulations avec et sans cisaillement vertical ont révélé deux résultats majeurs : une réduction de la dispersion vers le large due à l’affaiblissement de la cascade inverse de l’énergie cinétique 2D, et une augmentation du mélange dans la zone de déferlement via un nouveau processus 3D, impliquant les "mini-rips", des courants transitoires d’échelle intermédiaire récemment découverts. Ce travail, qui permet de mieux comprendre les mécanismes de transport dans les zones côtières, offre des perspectives pour améliorer la paramétrisation de modèles simplifiés. |
The nearshore zone, encompassing the surf zone and the inner shelf, is a highly dynamic region where surfzone eddies and rip currents of varying scales coexist and interact. This critical interface between land and sea determines the transport of various elements, including sediments, contaminants (such as heavy metals, microplastics, and pathogens), as well as biological tracers like plankton and larvae. These tracers are central to addressing key coastal challenges, such as beach erosion, coastal pollution, and ecosystemic services. On longshore-uniform sandy beaches, one of the primary transport mechanisms is transient rip currents, driven by wave directional spread. While numerous studies have investigated passive tracer transport under these conditions, most have relied on depth-averaged wave-resolving models (Boussinesq models). Although these models offer valuable insights, they fail to capture the effect of vertical shear resulting from shoreward surface flow induced by breaking waves and seaward undertow. They typically underestimate mixing within the surf zone and overestimate offshore dispersion. Recently, 3D wave-resolving models such as CROCO have provided researchers with the tools to conduct more comprehensive studies. The objective of this thesis is to contribute to the ongoing improvement of these models and to assess the impact of undertow vertical shear on tracer dispersion. The first step was to correct a coherent interference problem in the CROCO wavemaker, then to validate its ability to resolve transient nearshore dynamics using a recent wave basin experiment. After confirming the robustness of the model, the influence of vertical shear was examined through two dye release experiments, one in a wave basin and the other during a large-scale field experiment at Imperial Beach, California. Comparisons of simulations with and without undertow vertical shear revealed two key findings: a reduction in offshore dispersion due to a weakening in the 2D inverse kinetic energy cascade, and enhanced mixing within the surf zone through a newly identified 3D process associated with "mini-rips", a type of intermediate-scale transient current recently discovered. This research, which provides a more accurate representation of transport mechanisms in the nearshore zone, offers valuable feedback for improving parameterizations in coarser models. |