Jacques Beauchamp/Applications de la géologie dans les travaux de génie civil

Les mouvements de l'air et de l'eau provoquent l'érosion et la sédimentation le long du littoral . L'action du vent sur la surface de l'eau génère les vagues; sur la plage il déplace les particules pour les déposer ailleurs. Les mouvements de l'eau de mer sont aussi par des facteurs astronomiques produisant les marées. L'eau est également un facteur d'érosion, de transport et de sédimentation.

2.1 Vent

Les différences de température existant entre la mer et le continent provoque une différence de pression dans l'air et donc un mouvement: il y a toujours du vent sur le littoral.

* sur l'eau il agit sur la surface de l'eau  et  génère les  vagues.

* sur la zone émergée il arrache (déflation) et transporte les particule de sable en direction des terres: le sable s'accumule en dunes littorales.

Dunes littorales fixées par des oyats (Côte de la Manche, Somme). Direction et vitesse du vent à Abbeville (côtes de la Manche).

2.2 Vagues

Phénomène oscillatoire provoqué par le frottement du vent sur la surface de l'eau. Une fois produite, cette oscillation peut être transmise sur des milliers de km: certaines vagues arrivant sur la côte française atlantique ont été générées par des vents de tempête sur les côtes américaines. La houle est constituée de vagues dont l'origine est lointaine: la mer est agitée alors qu'il n'y a pas de vent local.

Les caractères des vagues dépendent de ceux du vent qui les génère:

* la durée d'action du vent

* la force du vent

* la longueur de son action sur la surface de l'eau (fetch)

Longueur du fetch en fonction de la direction du vent dans la Manche.

Relation entre la vitesse, l'amplitude et longueur d'onde des vagues

L'oscillation des vagues est caractérisée par sa période et sa longueur d'onde, son amplitude et sa vitesse de déplacement. Ces mouvements correspondent à des transport d'énergie et non de matière. La forme des vagues peut être décrite sous forme de sinusoïdale, les particules d'eau décrivant des trajectoires circulaires (orbitales) dont le rayon diminue avec la profondeur (théorie de AIRY): au delà d'une profondeur supérieure à une demie longueur d'onde, l'agitation de l'eau est négligeable. On peut donc définir une limite inférieure d'action des vagues qui est située à quelques dizaines de mètres de profondeur.

Trajectoire des particules d'eau selon la théorie de AIRY.

La taille des orbitales diminue avec la profondeur.

Le déferlement ("surf" ) provoque un mouvement de va et vient sur la plage.

Faible profondeur: déformation des orbitales et action de cisaillement sur le fond.

Lorsque la profondeur est faible, les orbitales se déforment et deviennent elliptiques. Un mouvement de va-et-vient apparaît sur le fond qui peut déplacer les particules. Lorque la profondeur devient trés faible, comme sur une plage, la vague se déforme, la partie supérieure se déplace plus vite que celle frottant sur le fond et la vague se casse ou déferle en produisant une libération d'énergie.

Circulation de l'eau au cours du déferlement d'une vague. Sur une carte, la houle est figurée par les fronts et des orthogonales de houles. A la rencontre du rivage l'énergie est dissipée sous forme de mouvement de va-et-vient après déferlement, de choc, de surpression et de succion...L'eau peut soulever et projeter des graviers et galets sur le rivage: ce mitraillage est le jet de rive. L'action des vagues se produit donc sur le fond quand la profondeur est faible et au contact de la ligne de côte.

Fronts d'onde et orthogonales de houle par vent d'ouest sur la côte picarde

2.3 Marées

C'est un phénomène oscillatoire affectant la surface et provoqué par l'interférence de l'attraction de la Lune et du Soleil et de la rotation de la Terre. La période de l'onde de marée est généralement proche de 12h30 (marée semi-diurne). L'amplitude de l'onde varie en fonction de la position respective de la Lune et du Soleil. L'amplitude est maximale à la nouvelle lune et la pleine lune (marée de vive eau), elle est minimale au premier et au dernier quartier (marée de morte eau). Elle est inférieure au mètre en pleine mer.
 

A proximité des côtes, l'amplitude est augmentée par un phénomène de résonnance et peut dépasser la dizaine de mètres. La période peut être également modifiée jusqu'à ne produire qu'un cycle de marée par jour (marée diurne). Le régime des côtes est macrotidal lorsque l'amplitude est grande (côtes de la Manche), mésotidal pour une amplitude moyenne de quelques mètres (côtes de l'Atlantique), microtidal quand l'amplitude est voisine du mètre (Méditerranée). En France, l’amplitude de la marée, ou marnage, est mesuré par un nombre sans dimension, le coefficient de marée, qui est compris entre 20 et 120. Sur chaque point de la côte, ce coefficient correspond à une certaine valeur en mètre du marnage.

Courbe marégraphique (St Valery/Somme): marnage 9,50 m: la durée du flot est plus courte que celle du jusant..

L'onde de marée se déplace radialement par rapport à quelques points amphidromiques situés dans les océans. Ainsi, sur les côtes de la Manche, l'onde de marée se déplace d'Ouest en Est, de la Bretagne à la Mer du Nord.

Points amphidromiques dans l'Atlantique

Amplitude et horaire de l'onde de marée dans la Manche: la haute mer est à 8h46 à Brest et plus tard à 9h35 au Havre.

L'onde de marée met en mouvement une quantité d'eau considérable et génère localement des courants violents pouvant déplacer une grande charge en suspension.

2.4 Courants


Ce sont des écoulements en général turbulent caractérisés par leur vitesse instantanée et leur vitesse moyenne. Ils sont générés principalement par les marées, les vagues et le vent en surface.

Les courants de marées, ou courants tidaux, sont alternatifs: la montée de la marée génère le courant de flot, le retrait de l'eau génère le jusant.  Ces courants sont importants dans les estuaires: le front du courant de flot peut former un bourrelet qui se déplace en direction des terres, le mascaret. Dans la Manche, ces courants produisent un véritable fleuve côtier qui circule à quelques km des côtes en direction de la Mer du Nord qui transporte en particulier les polluants de la Baie de Seine vers Dunkerque.

Courant côtier en Manche.

Courants tidaux à l'entrée de la Baie de Somme.

Flot et jusant en Baie de Somme

Dérive littorale sur le littoral picard.

Les courants générés par les vagues apparaissent à proximité des côtes, esentiellement au niveau de leur déferlement. Le mouvement de va et vient engendré produit un effet de cisaillement sur le fond qui entraine les particules.

La réflexion des fronts d'onde obliques par rapport à la ligne de rivage produit une dérive des eau parallèlement au rivage, la dérive littorale.	Principe de création d'une dérive littorale.
Calcul de la dérive littorale	Fronts d'onde obliques par rapport à la côte: la dérive générée est en direction du Nord (haut de la photo).

Le frottement du vent sur la surface de l'eau  provoque un entrainement de la couche superficielle: cette eau peut s'acumuler dans des rentrants de la côte et provoquer une surcote  de la marée. En Baie de Somme, l'effet d'un fort vent d'ouest  ralentit le jusant et s'oppose au vidage complet de la baie.
 

Ces mouvements d'eau sont affectés par la déviation de Coriolis (force géostrophique) d'autant plus notable que les masses d'eau sont importantes et la latitude haute.

Déviation de Coriolis (Force géostrophique)

Le vent pousse l'eau en direction du rivage; lorsqu'il cesse, la masse d'eau revient mais elle est déviée vers la droite (hémisphère nord).

Ces courants produisent l'arrachement des particules du fond et leur transport en fonction de la vitesse instantanée de l'eau et la taille de la particule. Ces particules se resédimentent lorque la vitesse du courant diminue.