Étude expérimentale de submersion de protections côtières pour des états de mer combinant houle et clapot

Résumé

Pour protéger les zones côtières contre l’aléa de submersion par les vagues en conditions de tempête, des protections côtières sont nécessaires. Celles-ci sont, en grande partie, dimensionnées par rapport à un débit admissible de franchissement par les vagues. Dans la littérature, de nombreuses références, régulièrement mises à jour, proposent des méthodes pour estimer ce débit (cf. par exemple le guide EurOtop 2018). Cependant, l’application de ces méthodes à un état de mer bimodal combinant une houle, provenant du large, et un clapot, formé par un vent local, pose question. Est-ce que les caractéristiques moyennes de cet état de mer complexe (i.e. une hauteur et une période caractéristiques) suffisent pour estimer le débit de franchissement ? Pour répondre à cette problématique, une maquette de digue côtière a été construite dans le canal à vague de l’OSU Institut Pythéas à Marseille. En considérant une digue de pente 3:2 (H:V), deux types de revêtements ont été testés : un revêtement lisse et imperméable et un revêtement avec enrochements naturels. Les essais réalisés ont montré que, pour des choix de digues et pour les états de mer considérés, les formules empiriques existantes tendent à surestimer les débits de franchissements lorsque la proportion de clapot est grande dans l’énergie totale de l’état de mer. En particulier, cette surestimation est plus marquée en présence d’un revêtement rocheux. Il semblerait que les talus en enrochements amortissent plus efficacement les courtes longueurs d’onde, par rapport au cas d’une pente lisse.

Experimental study of wave overtopping of coastal protections for sea state combining swell and wind wav

To protect coastal areas against the risk of wave submersion in storm conditions, coastal protections are required. Most often, these are designed in relation to a permissible wave overtopping rate. In the literature, numerous references, regularly updated, propose methods for estimating this overtopping rate (e.g. EurOtop 2018). However, the application of these methods to a bimodal sea state combining a swell, originating offshore, and wind waves, formed by a local wind, raises questions. Are the average characteristics of this complex sea state (i.e. a significant wave height and a wave period) sufficient to estimate the wave overtopping rate? To answer this question, a model of a coastal breakwater was built in the wave tank of the OSU Institut Pythéas in Marseilles (France). Considering a breakwater with a 3:2 (H:V) slope, two types of slope surface were tested: a smooth, impermeable one and a rock-armored one. The tests carried out showed that, for these choices of breakwater and for the sea states considered, existing empirical formulas tend to overestimate wave overtopping rates when the proportion of wind waves in the total energy of the sea state is high. This overestimation is more pronounced in the presence of a rock armor. It would appear that a rock-armored slope is more effective at damping wind-wave energy than swell energy.

Keywords: Wave overtopping, Coastal protections, Breakwaters, Physical model, Wave tank, Bimodal sea states.