Modélisation numérique de la dynamique des dunes marines dans une mer peu profonde dans le contexte d'un parc éolien

Les dunes marines sont de grandes formes sédimentaires présentes au fond des mers épicontinentales peu profondes. Sous l'influence des courants de marée, vents et vagues, elles peuvent migrer jusqu’à des dizaines de mètres par an, et impacter les projets d'énergie renouvelable. Cependant, la morphologie et la dynamique des dunes dans les environnements marins ouverts ne sont pas bien comprises. Les recherches menées jusqu'à présent en modélisation se sont appuyées sur des représentations verticales bidimensionnelles, ignorant les variations latérales le long des crêtes de dunes, et utilisant des forçages hydrométéorologiques simplifiés.La contribution présente vise à étendre notre connaissance de la dynamique et de la modélisation des dunes marines sur des échelles de temps de jours à années et d'espace de mètres à kilomètres, et à améliorer notre compréhension des interactions entre les dunes marines et les fondations de parcs éoliens en mer. Pour ce faire, nous avons développé un modèle tridimensionnel (3D) avec le système openTELEMAC pour une application dans le sud de la mer du Nord, au large de Dunkerque, France. Cette zone, proposée pour un projet éolien en mer de 600 MW, est caractérisée par de grandes dunes marines.Le forçage météorologique, l'hydrodynamique, la sédimentologie et la morphodynamique de la zone ont été caractérisés grâce à des données spécifiques au site. La région est influencée par de forts courants de marée, pouvant atteindre 0,9 m/s près du fond, et des vents provenant principalement du sud-ouest et, dans une moindre mesure, du nord. Les fonds marins sont principalement composés de sables graveleux raisonnablement bien triés, dont la taille médiane des grains se situe entre 240 µm et 450 µm, sans tendances spatiales ou saisonnières. De grandes dunes marines d'une hauteur comprise entre 2 et 3 m se déplacent à une vitesse nette d'environ 30 m/an.Notre modèle numérique 3D, validé avec ces données in situ, simule avec précision l'hydrodynamique et la dynamique des dunes. Les effets des vagues sont exclus. Deux prédicteurs de transport de sédiments ont été évalués en détail : le prédicteur de Soulsby et van Rijn (SvR97), qui a été noté pour sa robustesse et son aptitude à la modélisation à long terme, et le prédicteur de Soulsby et Damgaard (SD05), qui a reflété avec précision la morphologie des dunes mais provoque des instabilités à long terme. C'est donc le prédicteur SvR97 qui a été utilisé dans notre recherche.Afin de déterminer la contribution à la dynamique des dunes marines des courants induits par le vent par rapport aux courants de marées, une période de 4 mois a été simulée, avec et sans effets météorologiques. Les résultats montrent que la migration des dunes est étroitement liée à l'amplitude et à la direction du courant résiduel, qui sont influencées par les conditions de vent. Par conséquent, le forçage météorologique est nécessaire pour représenter avec précision les changements du fond marin au fil du temps. Bien que des déviations de la direction du vent par rapport à la tendance dominante puissent temporairement inverser la direction de migration, elles sont trop sporadiques pour modifier fondamentalement la dynamique sédimentaire de la région.Pour comprendre l'impact des fondations des éoliennes sur la dynamique des dunes marines, des scénarios exploratoires avec un seul monopieu ont été exécutés sur une période de 2 ans. Ces scénarios ont ensuite été étendus à un scénario réaliste comprenant 46 éoliennes dans le parc de Dunkerque. Nos résultats montrent que les monopieux ont un impact significatif sur leur environnement, provoquant la convergence des dunes le long de l'axe des courants de marée, ce que nous avons lié à l'« effet de sillage », qui accélère la propagation des dunes. Une implantation soigneusement étudiée des éoliennes est donc nécessaire pour atténuer les impacts sur les champs de dunes.