Surfzone eddies and undertow vertical shear effects on tracer dispersion : a 3D wave-resolving model approach

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.