Etude courantologique et qualité des eaux dans l'arrière port

 

INTRODUCTION


    Cette partie va permettre de résoudre plusieurs aspects de notre problématique commune de l'étude du port de Carnon. En effet, nous allons étudier dans une première partie la courantologie au sein de l'arrière port puis, dans une seconde partie, les problématiques de qualité des eaux du port seront analysées.

   Au sein de ce projet, notre trinôme aura pour mission de procéder tout d'abord à une étude courantologique. Nous allons estimer et modéliser les courants qui ont lieu entre la mer Méditerranée et l'étang de L'Or (plus à l'intérieur des terres), dans le canal nommé "grau". Afin de simuler ces courants, nous allons inclure différents forçages naturels pour se rapprocher au maximum des conditions réelles. Par exemple les effets des marées, de l'influence du vent et des surcotes éventuelles permettront de modéliser les courants en prenant en compte les forçages qui existent dans le réalité.

   Une fois cette étude courantologique faite, nous utiliserons les résultats que nous aurons établis afin d'étudier le renouvellement de l'eau dans l'arrière-port de Carnon. En effet, cette zone est souvent sujette à divers types de pollutions caractéristiques des zones portuaires. Nous allons donc étudier différents types de pollution dans l'arrière port. Enfin, nous analyserons alors si il existe des zones de recirculation de l'eau susceptibles de "piéger" ces polluants.

 

Illustration 0 : Port de Carnon 

Source : fotocommunity.fr

                             

 

    Nous avons choisi de diviser la présentation de notre travail en quatre grandes parties :

 

    Chaque partie est elle-même divisée en sous-parties qui sont visibles et apparaissent dans le menu déroulant à gauche.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table des illustrations

 

    Voilà une table des illustrations où sont recensées l'ensemble de nos figures, tableaux et images. Cliquez sur les liens pour aboutir directement sur la page contenant l'illustration concernée.

 

Illustration 0 : Port de Carnon

Illustration 1 : Vue globale de notre zone d'étude

Illustration 2 : La porte de Carnon

Illustration 3 : Points de bathymétrie et zone de notre étude obtenus sous Matisse

Illustration 4 : Maillage et conditions aux limites sous Matisse

Illustration 5 : Maillage et conditions aux limites sous Matisse

Illustration 6 : Modélisation de la marée sous Matisse sur la frontière sud du domaine

Illustration 7 : Rose des vents qui soufflent dans la région

Illustration 8 : Surcotes et décotes à Sète

Illustration 9 : Schéma représentant la situation d'une surcote éventuelle

Illustration 10 : Schéma explicatif

Illustration 11 : Enrichissement des sédiments des ports de plaisance en micropolluants métalliques du fait de l'activité de plaisance

Illustration 12 : Molécule d'octane, composant les hydrocarbures

Illustration 13 : Tronçon du grau reliant le port de Carnon et l'étang de l'Or

Illustration 14 : Modélisation de la marée dans l'arrière port et le grau de Carnon

Illustration 15 : Surface libre dans le canal en fonction du temps : cycle de la marée

Illustration 16 : Champs de vitesses au cours d'un cycle de marée dans la zone étudiée

Illustration 17 : Vitesses au niveau du barrage en fonction du temps sur un cycle de marée

Illustration 18 : Minimum de la surface dans le port

Illustration 19 : Maximum de la surface dans le port

Illustration 20 : Champs de vitesse dans la zone étudiée

Illustration 21 : surface libre de l'eau au barrage sur un cycle de marée

Illustration 22 : Surface libre et vitesse avec un vent de 80 km/h de Sud-Ouest

Illustration 23 : Surface libre (m) au barrage en fonction du temps

Illustration 24 : Minimum de la surface dans le port

Illustration 25 : Maximum de la surface dans le port

Illustration 26 : Allure de la surface libre en fonction du temps dans le grau

Illustration 27 : Courants dans le grau avec un vent de 60 km/h soufflant depuis le sud-est

Illustration 28 : Champ de vitesse au sein de la zone d'étude en configuration barrage fermé

Illustration 29 : Tableau récapitulatif

Illustration 30 : Surface libre de l'eau au barrage sur un cycle de marée

Illustration 31 : Champ de vitesse dans l'arrière port de Carnon et le grau

Illustration 32 : Évolution de la surface libre dans le canal en fonction du temps

Illustration 33 : Variation des hauteurs d'eau dans la zone étudiée

Illustration 34 : Surface libre minimum et maximum au cours d'un cycle de marée

Illustration 35 : Surface libre minimum et maximum au cours d'un cycle de marée

Illustration 36 : Évolution de la concentration d'un polluant dissous dans le temps

Illustration 37 : Simulation de la surface libre pour t=61000s

Illustration 38 : Concentration dans le port à t=16.520s

Illustration 39 : Concentration dans le port à t=60.060s

Illustration 40 : Animation des courants et du polluant en fonction du temps dans le port

Illustration 41 : Zones de recirculation à t=16520s

Illustration 42 : Zones de recirculation à t=60060s

Illustration 43 : Concentration en traceur à t=16520s et barrage fermé

Illustration 44 : Concentration en traceur à t=60060s barrage fermé

Illustration 45 : des courants dans le grau avec barrage fermé, vent=90km/h Sud-est

Illustration 46 : transport et évacuation de polluants dissous (exemple : nitrates)

Illustration 47 : Emplacements de nos 13 matières flottantes modélisées avec Telemac 2D et dénomination des différentes zones de notre surface étudiée

Illustration 48 : Simulation du transport des hydrocarbures aux 13 positions différentes sur une période de 24 heures : trajectoires des flotteurs (lignes rouge)

Illustration 49 : Numéro de chaque flotteur

Illustration 50 : Tableau récapitulatif pour le transport des polluants flottants

Illustration 51 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de NE d'intensité 10 km/h

Illustration 52 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de NE d'intensité 80 km/h

Illustration 53 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de NO d'intensité 10 km/h

Illustration 54 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de NO d'intensité 80 km/h

Illustration 55 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de SE d'intensité 10 km/h

Illustration 56 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de SE d'intensité 80 km/h

Illustration 57 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de SO d'intensité 10 km/h

Illustration 58 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de SO d'intensité 80 km/h

Illustration 59 : Port de Carnon

Illustration 60 : Plan de lutte contre la pollution du port de Carnon

Illustration 61 : Solution du stockage à terre : permet d'éviter les dépôts de matières métalliques dans le port

Illustration 62 : Procédé TRAINIT

Etat des lieux

 

    Dans cette première partie nous allons vous présenter de manière concise notre projet global d'étude courantologique et qualité, suivant le plan détaillé ici :

 

 

    Cette première approche nous permettra ensuite d'aborder l'aspect modélisation sur logiciel de notre projet.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Présentation de notre cadre d'étude

 

 

    Notre objectif consiste à étudier les interactions entre la mer Méditerrannée et l'étang L'Or qui est situé un peu plus dans les terres reliés par le grau. Nous allons procéder à une étude courantologique qui nous permettra d'établir des zones de recirculation dans le port où l'eau est susceptible d'être hautement polluée l'été, période touristique pendant laquelle le port de Carnonest très fréquenté.

 

L'illustration 1 permet de visualiser la zone que nous allons plus particulièrement étudier :

 

Illustration 1 : vue globale de notre zone d'étude

Source : Google map

 

    Notre zone d'étude s'étend donc depuis l'entrée du canal reliant l'avant port à l'arrière port jusqu'au barrage nommé "Porte de Carnon" qui sépare le grau et l'étang de l'Or. 

 

    Il se trouve en effet que entre le port et l'étang, donc au fil du canal, se trouve un barrage. Ce dernier a pour but d'empêcher les eaux salées de la mer de remonter dans l'étang en cas de fort vent marin et donc de "saler" l'étang. C'est un automate relié à deux sondes qui mesurent en permanence les niveaux en amont et en aval de la porte qui contrôle l'ouverture et la fermeture de ce barrage nommé "Porte de Carnon" (schématisé en rouge sur la photo ci-dessus). Le seuil de fermeture de la porte a été fixé à +35cm par rapport au 0 NGF. (le zéro de la norme Nivellement Général de la France -NGF- est le niveau de la mer à Marseille). Ainsi dès que la mer monte et atteint la côte de +35cm, l'automate déclenche la fermeture de la porte. Son ouverture quant à elle est déclenchée lorsque les eaux de l'étang ont une côte supérieure de 10cm à celle de la mer.

 


    Les équipes en charge de ce barrage au SYMBO : http://www.etang-de-l-or.com/ nous ont confirmé que la fréquence de fermeture de ce barrage est faible : il s'est ouvert 12 fois en 2010 et environ 20 fois en 2011.  Celles-ci ont lieu lors d'épisodes de pluies violentes ou lors le grands vents et d'équinoxes. Tout au long de notre étude nous allons essayer de valider ces observations avec nos simulations. L'illustration 2 permet d'avoir un aperçu de ce barrage.

 

 

 

Illustration 2 : La Porte de Carnon

Source : http://www.etang-de-l-or.com/gestion_ouvrages.htm


 

    Pour mener à bien notre étude courantologique, nous allons donc être amenés à étudier les deux configurations : barrage ouvert (donc communication directe entre l'étang et la mer) et barrage fermé (donc débit nul au niveau du barrage). Cela constituera une hypothèse forte de notre étude.

    Voilà donc le cadre de notre travail.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hypothèses principales

 

    Au cours de notre projet d'étude du port de Carnon, nous avons été amenés à considérer plusieurs hypothèses fondamentales qui nous ont permis de modéliser la zone portuaire. Cette page les regroupe et permet d'expliquer ces divers postulats.

 

  • Hypothèse barrage ouvert/barrage fermé

    Comme expliqué dans la partie "Présentation de notre cadre d'étude" (ici) un barrage nommé "Porte de Carnon" se trouve sur le grau, juste à l'aval de l'étang de l'Or pour éviter l'intrusion de sel dans les eaux de l'étang en cas de tempête. Le seuil de fermeture de ce barrage est fixé à +35cm : si la côte de l'eau atteint ce niveau, le barrage se ferme automatiquement. Au cours de notre étude, nous avons conservé ce critère de fermeture comme hypothèse principale.

    En ce qui concerne notre démarche par rapport à cette hypothèse, nous avons procédé de la façon suivante :

    Nous avons choisi de simuler tout d'abord nos modélisations en configuration "barrage ouvert". Puis l'analyse des résultats obtenus nous permet de savoir quelle est la côte de l'eau atteinte au barrage. En fonction de cette hauteur d'eau (supérieure ou inférieure à +35 cm), nous savons alors si le barrage doit se fermer ou rester ouvert. Dans le cas où la côte de l'eau au barrage est supérieure à +35 cm, le barrage passe en configuration fermée. Nous refaisons alors les calculs en configuration fermée.

 

  • Rotation de la terre négligée

    Dans cette étude nous avons en effet choisi de négliger les effets engendrés par la rotation de la Terre. Nous justifions ce choix par le fait que l'échelle que nous observons (le port de Carnon) est très réduite face à celle sur laquelle la rotation de la Terre a un impact (échelle de la planète Terre). Pour justifier ce choix, calculons le nombre de Rossby, dont la définition est :

$R_o = $ $\frac {v}{2*\Omega*sin(\phi)*L_c}$

où v=vitesse caractéristique de la marée 0.5 m/s, $\Omega$=vitesse angulaire instantanée de rotation $\frac{2\pi}{24.3600}$ rad.s-1, $\phi$=lattitude du port 43° et $L_c$ longueur caractéristique de notre port = 300m.

Finalement $\fbox{$R_o=\frac {0.5}{2*7,3.10^{-5}*sin(\frac{43*\pi}{180}) *300}=17$}$

    On en déduit que les effets inertiels sont environ 17 fois plus importants que les effets de rotation de la Terre. Il semble légitime de négliger les effets de rotation.

 

  • Vent uniforme

    Nous allons modéliser au cours de cette étude des vents d'intensité et de direction  uniformes et constantes. C'est pour cette raison que nous avons fixé comme vitesse de vent limite 100km/h. Sur une longue période, il est en effet extrêmement rare qu'un vent ait une intensité supérieure à 100km/h.

 

  • Débit constant sortant du grau lorsque le barrage est ouvert

    Pour ce qui est de la modélisation du canal reliant l'étang de l'Or à l'arrière port de Carnon, nous avons choisi d'appliquer un débit constant Q=30m²/s en entrée de ce canal, comme si un débit constant Q sortait à chaque instant de l'étang vers la mer. Cela et bien sûr une approximation, des variations de débit sortant existent, dus aux précipitations mais aussi aux différences de pressions.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Logiciel utilisé

 

    Nous avons utilisé principalement un logiciel pour réaliser notre modélisation du port de Carnon. Il s'agit de Telemac 2D, à la fois pour l'étude courantologique et qualité

 

    Présentons plus en détails ce logiciel :

    TELEMAC-2D est un logiciel développé par le Laboratoire National d'Hydraulique et Environnement (LNHE) de la Direction des Recherches et Développements d'EDF.

    Il permet d'obtenir, en chaque point du maillage, la hauteur d’eau et la vitesse moyenne sur la verticale. TELEMAC-2D trouve ses applications dans de nombreux domaines, notamment en hydraulique à surface libre, domaine que nous allons ici étudier.

    Ce logiciel permet de modéliser divers phénomènes dont voici une liste non exhaustive :

 

  • Frottement sur le fond (que nous utilisons dans notre étude),

  • Influence de la force de Coriolis,

  • Influence de phénomènes météorologiques : pression atmosphérique et vent,

  • Turbulence,

  • Zones sèches dans le domaine de calcul : bancs découvrants et plaines inondables,

  •  Entraînement par le courant et diffusion d'un ou plusieurs traceurs, avec des termes de création ou de disparition,

  • Suivi de flotteurs, (utilisé pour la partie qualité de l'eau)

  • ......

 

    L'ensemble des phénomènes résolus est décrit dans le manuel utilisateur  disponible en ligne au site internet suivant : http://www.opentelemac.org/

    Ce logiciel résout les équations de Barré de Saint-Venant à deux dimensions horizontales :

 

$\frac {\partial h}{\partial t} +u.\vec{\nabla}(h)+h \vec{\nabla}.(\vec{u})=S_h$                                    continuité

$\frac {\partial u}{\partial t} +\vec{u}.\vec{\nabla}(u)=-g \frac{\partial Z}{\partial x}+S_x+\frac{1}{h}\vec{\nabla}.(h\nu_t\vec{\nabla}u)$      dynamique selon x

$\frac {\partial v}{\partial t} +\vec{u}.\vec{\nabla}(v)=-g \frac{\partial Z}{\partial y}+S_y+\frac{1}{h}\vec{\nabla}.(h\nu_t\vec{\nabla}v)$       dynamique selon y

$\frac {\partial T}{\partial t} +\vec{u}.\vec{\nabla}(T)=S_T+\frac{1}{h}\vec{\nabla}.(h\nu_t\vec{\nabla}T)$                      conservation du traceur

 

Équations de Barré de Saint-Venant

Source : manuel utilisateur Telemac 2D

Avec :

  • h (m) hauteur d’eau
  • u,v (m/s) composantes de la vitesse
  • T(g/l or °c) traceur passif
  • g (m/s2) accélération de la pesanteur
  • $\nu_t$, $\nu_T$ (m2/s) coefficients de diffusion de la vitesse et du traceur
  • Z (m) cote de la surface libre
  • t (s) temps
  • x,y (m) composantes d’espace horizontales
  • $S_h$ (m/s) source ou puits de fluide
  • $S_x$, $S_y$ (m/s2) termes source ou puits des équations dynamiques
  • $S_T$ (g/l/s) source et puits de traceur

Notons que h, u, v et T sont les inconnues.

 

 

 

♦ Architecture du logiciel

Pour effectuer un calcul de simulation, le logiciel TELEMAC-2D requiert plusieurs fichiers en entrée :

 

  • Le fichier des paramètres ‘.cas' fondamental est créé à l'aide d'un éditeur de texte. Ce fichier contient un ensemble de mots clés auxquels sont affectées des valeurs. Il fixe l'ensemble du calcul et comporte différents paragraphes tels que conditions générales, options du solveur... C'est ce fichier que l'on modifiera le plus souvent car il permet de piloter les calculs résolus.

 

  • Le fichier géométrie ‘geo' contient toutes les informations concernant le maillage mais aussi sur la bathymétrie. Il fixe donc le cadre de l'étude.

 

  • Le fichier des conditions aux limites ‘conlim' qui est créé automatiquement par le logiciel de maillage MATISSE. Ce fichier permet de fixer les conditions limites aux diverses frontières du maillage comme son nom l'indique.

 

  • Le fichier fortran ‘onde.f' par exemple. Telemac permet d'avoir recours à tous les sous-programmes de TELEMAC-2D qui peuvent être modifiés par l'utilisateur. Dans notre cas nous allons utiliser des fichiers fortran pour modéliser la marée mais aussi pour injecter des flotteurs et des traceurs dans notre écoulement.

 

    Tous ces fichiers en entrée permettent d'obtenir un fichier résultat en sortie. Ce fichier est exploitable grâce au logiciel Fudaa-Prepo avec lequel nous avons obtenu nos images et vidéos résultats.

 

 

 

 

 

 

 

 

Modélisation de la zone d'étude

    Dans cette seconde grande partie, la modélisation du port de Carnon et du grau que nous avons élaborée va vous être présentée.

   Nous allons aborder l'ensemble des aspects du projet : en effet, la modélisation de l'ensemble des forçages extérieurs (courantologiques et de qualité) sera expliquée.

    Dans un premier temps, la bathymétrie ainsi que le maillage et les conditions aux limites seront abordés (ici). Puis la modélisation des divers forçages sera analysée.

 

 

 

 

 

 

Création de la bathymétrie

 

    Afin de réaliser notre étude il nous a tout d'abord fallu créer la bathymétrie du lieu que nous étudions. Notre contact Monsieur Jacques Piallat nous a transmis une bathymétrie de la zone d'étude au format .dxf. La première difficulté auquelle nous nous sommes heurtés a été la conversion du format .dxf vers le format .xyz (format lisible par le logiciel Matisse auquel nous avons accès). Grâce au logiciel CAD2shape 6.0 en version d'essai il nous a été possible de convertir ces fichiers au format souhaité. Il nous a alors été possible de les lire avec le logiciel Matisse. Une fois ce logiciel ouvert, nous avons chargé le fichier .xyz pour obtenir un nuage de points représentant la bathymétrie de la zone étudiée. Nous avons choisi une précision centimétrique. Cela nous a semblé raisonnable compte tenu de la taille du port qui est de l'ordre de quelques centaines de mètres aux endroits les plus larges. Étant donné que nous étudions uniquement l'arrière port port et le grau nous avons choisi de mailler uniquement cette région du port sans l'avant port.

 

             Illustration 3 : Points de bathymétrie et zone de notre étude obtenus sous Matisse

 

    Une fois cette zone délimitée (trait noir sur l'illustration 3), il nous a été possible de mailler ce domaine. Cette opération est détaillée dans la partie suivante.  

 

 

 

 

 

 

 

Conditions aux limites et maillage

 

    Le logiciel Matisse de maillage nous permet d'imposer des conditions limites pour les diverses frontières de notre domaine d'étude.

   Nous avons un maillage contenant 11980 points. Nnous avons raffiné ce maillage dans la zone que nous étudions en prenant des mailles de taille 3 mètres alors que dans le canal sud (zone moins interessante pour notre étude), nous avons choisi de prendre des mailles plus grosses de taille 5 mètres.

    Voilà les conditions aux limites que nous nous sommes fixées dans les deux cas, barrage ouvert ou barrage fermé.

   

► Cas avec barrage fermé (Illustration 4) :

 

  • Sur la frontière Sud : nous imposons une hauteur H égale à 0.1 mètre. C'est le binôme 1 qui nous a transmis le valeur du niveau moyen de la mer à Sête (proche de Carnon). Cette valeur moyenne s'établie à 0.1m NGF. (La valeur 0 NGF de ce référentiel étant la côte de l'eau moyenne à Marseille). Nous avons donc pris cette côte comme valeur moyenne de la hauteur de marée. Nous introduirons la partie Simulation des forçages extérieurs la condition aux limites qui permettra de modéliser la marée avec une fonction sinusoïdale.

 

  • Sur les frontières Est et Ouest, nous avons imposé des conditions de paroi, c'est à dire des conditions de glissement nul à la fois sur la hauteur mais aussi sur les vitesses selon les axes x et y.

 

  • Sur la frontière Nord au niveau du barrage, nous avons ici imposé un débit nul (imposé dans le fichier .cas) afin de modéliser l'effet de la porte fermée. Nous avons laissé la hauteur de la surface de l'eau H libre afin que cette dernière puisse varier suivant les courants qui sont établis dans le grau.

 

Illustration 4 : Maillage et conditions aux limites sous Matisse

 

 

 

► Cas avec barrage ouvert (Illustration 5) :

 

    Dans cette nouvelle configuration (porte entre l'étang et la mer ouverte donc échanges possibles entre les deux), la condition aux limites au niveau du barrage change par rapport au cas précédent. Maintenant, nous imposons un débit non nul (il simule le débit réel qui existe de l'étang vers la mer). Afin d'avoir un ordre de grandeur du débit qui passe par le barrage nous avons contacté le SYMBO ( Syndicat Mixte du Bassin de l'Or) qui nous a indiqué que le débit moyen à travers le barrage est d'environ 30m3/s. Nous avons donc introduit un débit sur la frontière Nord de 30 m3/s. Nous avons préféré imposer un débit plutôt qu'une hauteur d'eau car la différence de hauteur d'eau entre l'étang et la mer est très faible (<10cm). Les conditions aux limites sur les autres frontières restent identiques au cas barrage fermé.

    L'illustration 5 présente la nouvelle carte des conditions aux limites :

Illustration 5 : Maillage et conditions aux limites sous Matisse

 

 

 

 

 

 

Paramètres de simulation

 

    Afin de présenter les paramètres de nos simulations nous vous présentons un de type fichier .cas dans son intégralité, assorti de quelques explications.

 

 

/---------------------------------------------------------------------
/ ENTREES-SORTIES, FICHIERS
/---------------------------------------------------------------------

FICHIER DES RESULTATS              ='resultat_simulation' /fichier contenant les résultats.

FICHIER DES CONDITIONS AUX LIMITES ='conlim1' /fichier contenant les conditions limites entrées dans le mailleur Matisse.

FICHIER DE GEOMETRIE               ='geo1' /fichier contenant le maillage.

/FICHIER DU CALCUL PRECEDENT = 'res1' /si une suite de calculs est nécessaire il faut activer cette ligne.

FICHIER FORTRAN = 'ondes.f' /appelle le fichier fortran imposant la marée en frontière sud.

/---------------------------------------------------------------------
/ ENTREES-SORTIES, GRAPHIQUES ET LISTING
/---------------------------------------------------------------------

/SUITE DE CALCUL = OUI / si une suite de calculs est nécessaire il faut activer cette ligne.

PERIODE POUR LES SORTIES GRAPHIQUES =350 /une image sur 350 sera disponible en post simulation.

PERIODE POUR LES SORTIES LISTING    =20 /tous les 20 pas de temps un calcul est affiché dans le shell windows

VARIABLES POUR LES SORTIES GRAPHIQUES : 'U,V,TOB,S,B,H,Q,M,T1'

/U=vitesse selon x, V=vitesse selon y, S=côte surface libre, B=côte du fond, H=hauteur d'eau, /Q=débit, M=vitesse scalaire, T1=traceur.

VARIABLES A IMPRIMER = 'T1' /sert à afficher les valeurs prises de chaque points vis-à-vis du /traceur dans le shell.

/---------------------------------------------------------------------
/ EQUATIONS
/---------------------------------------------------------------------
DIFFUSION DES TRACEURS = OUI

NOMBRE DE TRACEURS = 1

NOMS DES TRACEURS = T1

COEFFICIENT DE DIFFUSION DES TRACEURS = 0.0005

MODELE DE TURBULENCE                  =3 /Modèle k-$\epsilon$

COEFFICIENT DE FROTTEMENT             =20.

REGIME DE TURBULENCE POUR LES PAROIS  =1 /régime turbulent lisse

COEFFICIENT DE DIFFUSION DES VITESSES =1.E-6

LOI DE FROTTEMENT SUR LE FOND         =3 /Modéle de Strickler

VENT = OUI /active l'option vent

COEFFICIENT D'INFLUENCE DU VENT = 2.16E-6 /coefficient dépendant de la vitesse

VITESSE DU VENT SUIVANT X = -5.7

VITESSE DU VENT SUIVANT Y = -15.7

/PROFONDEUR LIMITE POUR LE VENT = 2.0

/---------------------------------------------------------------------
/ EQUATIONS, CONDITIONS INITIALES
/---------------------------------------------------------------------

CONDITIONS INITIALES ='COTE CONSTANTE'

COTE INITIALE        =0.1

VALEURS INITIALES DES TRACEURS = 1. /on initialise le domaine à 1 en traceur à t=0.

VALEURS IMPOSEES DES TRACEURS = 0.;0. /on laisse évoluer ensuite librement le traceur dans le domaine.

/---------------------------------------------------------------------
/ EQUATIONS, CONDITIONS LIMITES
/---------------------------------------------------------------------

/OPTION POUR LES FRONTIERES LIQUIDES =1;1

DEBITS IMPOSES                      =0.;30.0

/PROFILS DE VITESSE                  =4;4

COTES IMPOSEES                      =0.1

/---------------------------------------------------------------------
/ PARAMETRES NUMERIQUES
/---------------------------------------------------------------------

REMISE A ZERO DU TEMPS =NON

BANCS DECOUVRANTS      =NON

PAS DE TEMPS           =0.4

DUREE DU CALCUL        =100000

/---------------------------------------------------------------------
/ PARAMETRES NUMERIQUES, SOLVEUR
/---------------------------------------------------------------------

OPTION DU SOLVEUR    =3

SOLVEUR              =7

PRECISION DU SOLVEUR =1.E-4

/---------------------------------------------------------------------
/ PARAMETRES NUMERIQUES, VITESSE-CELERITE-HAUTEUR
/---------------------------------------------------------------------

MASS-LUMPING SUR LA VITESSE   =1

IMPLICITATION POUR LA HAUTEUR =0.55

MASS-LUMPING SUR H            =1

IMPLICITATION POUR LA VITESSE =0.55

 

 

 

 

 

 

Simulation des forçages extérieurs

 

    Comme nous l'avons présenté dans notre cahier des charges par trinôme, nous souhaitons modéliser différents forçages extérieurs qui ont une action sur les courants qui ont lieu au sein du grau.

    Les forçages étudiés sont :

  • la marée
  • le vent (et notamment une étude pour chacune des 4 directions principales du vent dans cette zone)
  • le rôle de la différence de hauteur entre l'étang de l'Or et la mer : surcotes et décotes

 

Pour mener à bien cette étude, il nous a fallu donc modéliser sur logiciel ces différents aspects de notre problématique.

 

 

► Simulation de la marée :

    Notre recherche bibliographique de début de projet nous a permis de  connaître la hauteur moyenne de la marée dans la zone de Carnon. L'amplitude des variations de hauteur de la surface libre est de 0.2 mètres en moyenne d'après nos recherches bibliographiques. Étant donné que la marée est une fonction quasi-sinusoïdale du temps de période 12 heures, nous avons alors choisi de modéliser cette marée en imposant sur la frontière Sud une hauteur h variant sinusoïdalement telle que :

$SL(t) = 0.1+0.2 sin(t \frac{2\pi}{12*3600}) $ 

Fichier fortran permettant d'imposer une hauteur sinusoïdale : fichier ondes.f

L'illustration 6 permet de présenter l'endroit par lequel la marée va pouvoir entrer.

Remarque : nous avons conservé la valeur moyenne de la surface libre fixée à 0.1 m NGF à Carnon (référentiel qui a pour origine la valeur de la surface libre de l'eau à Marseille).

 

Illustration 6 : Modélisation de la marée sous Matisse sur la frontière Sud du domaine.

 

    Une telle période T=12 heures étant très longue à modéliser, nous avons donc parfois préféré utiliser T=6*3600 et donc raccourcir la période de retour de la marée mais aussi et surtout réduire nos temps de calculs déjà longs. Cela permet de concilier les deux aspects de notre analyse.

 

 

 

► Simulation du vent :

    Nous avons ensuite souhaité modéliser les effets du vent sur la courantologie dans le grau. En effet, nous pensons que le vent joue un rôle important dans les courants qui ont lieu au sein du grau. Afin de modéliser cet effet, nous avons fait une recherche approfondie dans le livre utilisateur de Telemac. Les aspects à renseigner dans le fichier .cas (qui pilote le logiciel telemac) pour importer le vent sont les suivants :

 

VENT = OUI   / indique que nous souhaitons prendre en compte les effets du vent

COEFFICIENT D'INFLUENCE DU VENT = 2.57E-6   / Le coefficient d’influence du vent représente des phénomènes complexes. Dans la réalité, l’influence du vent dépend de la rugosité (ou de l’absence de celle-ci) de la surface libre et de la distance sur laquelle le vent souffle (appelée fetch). Ce coefficient peut être obtenu par différentes formules disponibles dans le manuel utilisateur de telemac, disponible à cette adresse mail : http://www.opentelemac.org/

VITESSE DU VENT SUIVANT X = 30.6 / vitesse du vent suivant x en m/s

VITESSE DU VENT SUIVANT Y = 25.8 / vitesse du vent suivant y en m/s

Source : fichier .cas personnel

 

 

    Les modélisations que nous avons effectuées étaient avec un vent compris entre 60 et 100 km/h. Nous souhaitions en effet étudier un vent assez important afin que ses effets soient bien visibles sur Telemac. Nous n'avons pas simulé de vents supérieurs à 100 km/h car cette valeur est extrêmement rare et  son dépassement est très peu probable. Ensuite, nous avons modéliser les 4 directions NO ; NE ; SO ; SE. Ces quatre modélisations nous ont permis d'observer les différences courantologiques entraînées par des vents qui soufflent dans les directions différentes. En effet, la direction du vent est variable dans cette région comme le montre la rose des vents suivante :

 

Illustration 7 : Rose des vents qui soufflent dans la région

Source : Aéroport de Monpellier

 

    Pour chaque direction, nous avons ensuite simulé différentes puissances de vent qui nous ont permis de déterminer pour chaque directions quelle est la puissance du vent qui provoque le fermeture du barrage dans le grau.

 

 

 

► Simulation des différences de hauteur d'eau entre l'étang et la mer :

 

    Nous avons ensuite pensé qu'il serait judicieux d'étudier l'influence d'une différence de hauteur entre le niveau de la mer et celui du port. Cette différence de hauteur peut être causée par une dépression qui a lieu sur la mer.

    Cette différence de hauteur d'eau entre le niveau d'eau observée et niveau que l'on mesurerait si seule la marée astronomique impactait les eaux est appelée : « surcote/décote ». Lorsque cette différence est positive (niveau d'eau supérieur comparé à la marée seule), on parle de surcote ; lorsqu'elle est négative, de décote. 

    Afin d'évaluer la surcote que nous pouvons simuler dans le port de Carnon de façon la plus réaliste possible, nous avons cherché au  cours de nos analyses bibliographiques  les valeurs de surcotes/decotes qui sont le plus susceptibles de se produire dans cette région. Nous les avons trouvées sur le portail internet Refmar, en temps réel, pour les observatoires français disposant de rattachements géodésiques et de prédictions. Le site de mesure disponible qui se rapprochait le plus de Carnon était le port de Sète (très proche de celui de Carnon, donc le transfert des données est possible). L'illustration 8 permet d'avoir une idée des surcotes/décotes existant près du port de Carnon.

 

 

- Origine des surcotes

    Les surcotes/décotes ont principalement une origine météorologique : elles sont générées lors de passages de dépressions ou d’anticyclones. Mais elles peuvent avoir également d’autres origines : vagues, seiches, et même tsunamis…

    Un peu plus en détails le passage d'une dépression ou d'un anticyclone provoque un transfert d’énergie entre l’atmosphère (pression atmosphérique notamment et vent) et la masse d'eau de l’océan. Cet échange d’énergie induit souvent de forts courants et des variations non négligeables du niveau de l'océan ou de la mer. En haute mer, les courants produits s’amortissent par l’action de forces de frottement. Mais lorsque le courant est situé près d'une discontinuité bathymétrique (cote de bord de mer), son énergie cinétique est alors transférée en énergie potentielle. Cet échange est la source de variations anormales du niveau de la mer. 

 

 

Illustration 8 : Surcotes et décotes à Sête

Source : http://refmar.shom.fr/sete

 

 

 

  • Effets de la pression atmosphérique (dépression et anticyclone) :

    Le niveau de la mer répond en « baromètre inversé » à la pression atmosphérique. En effet, le niveau de l'eau réagit en fonction du poids de la colonne d'atmosphère qui la surplombe. En cas d'anticyclone, l'atmosphère est plus lourde et donc le niveau de la mer diminue. A contrario, lorsqu'une dépression a lieu en mer, la surface libre remonte car l'atmosphère est plus légère. La pression moyenne standard  au niveau de la mer est de 1013 hPa sans effet de dépression ni d'anticyclone. Elle est alors modifiée en présence d'un de ces phénomènes : une diminution de 1 hectopascal entraîne une augmentation d'environ 1cm du niveau de la surface libre (comme démontré à la fin de cette page).

 

  • Effets supplémentaires du vent

    Le vent a pour effet principal d'amplifier l'action des dépressions et des anticyclones. Il contribue donc à une augmentation des surcotes et des décotes. En effet, lorsque le vent souffle en direction de la côte, il a tendance à augmenter encore le niveau de la surcote. Inversement, quand les rafales sont dirigées vers le large, le vent tend à diminuer le niveau d'eau.

    Il est à remarquer que d'autres phénomènes peuvent également jouer un rôle dans les niveaux des surcotes et des décotes : les interactions avec la marée, la houle ont également un rôle mineur.

 

- Impact des surcotes/décotes

    Dans notre étude de la courantologie du port de Carnon, nous allons principalement nous intéresser aux effets des surcotes : celles ci ont tendance à augmenter le niveau de l'eau (dans le grau aussi) et donc cela peut entraîner la fermeture du barrage. (côte supérieure à +35 cm). 

    Le niveau de la surcote que nous avons choisi est de 0.1m en moyenne en frontière Sud de notre zone d'étude (valeur trouvée après recherche bibliographique). Étant donné que déjà auparavant nous avons une valeur de côte limite sud de 0.1m NGF (par rapport au niveau de la mer à Marseille), nous avons donc ici une valeur de côte limite de 0.1+01=0.2 m NGF sur la frontière Sud. Cette élévation correspond à l'élévation obtenue avec une tempête importante.

 

Voilà le fichier cas modifié par la prise en compte d'une surcôte sur la frontière Sud :

 

/---------------------------------------------------------------------
/ EQUATIONS, CONDITIONS INITIALES
/---------------------------------------------------------------------

CONDITIONS INITIALES ='COTE CONSTANTE'

COTE INITIALE        =0.2

/---------------------------------------------------------------------

 

    Mais face à ces résultats, nous avons souhaité savoir si un vent moyen à fort provoque par sa seule action une modification significative du niveau de la mer. Faut-il alors prendre en compte cette augmentation du niveau dans les conditions aux limites ?

 

    Pour répondre à cette question, nous avons fait le développement analytique suivant :

    Il nous est nécessaire d'évaluer l'élévation de la hauteur d'eau pour savoir si on a une surcote en entrée du domaine.

Illustration 9 : Schéma représentant la situation d'une surcote éventuelle

 

    Étant donné l'illustration 9 il semble logique d'imposer $ P_1 > P_2 $, avec application de l'hydrostatique il vient alors :

$  { P_1 (z) = P_1 + \rho g z    (1)   \\P_2 (z) = P_2 + \rho g (z+ \eta)   (2) } $

 

En fixant $ \Delta P = P_1 - P_2 $ et en prenant les équations (1) et (2) en z=0, on obtient alors :

$ \fbox { $ P_1 (0) - P_2 (0) = \rho g \eta $ } $

    De ces calculs, nous pouvons donc conclure que la différence de pression entre 2 points distincts est proportionnelle à l'élévation de la surface libre avec un coefficient de proportionnalité valant 10 000. Cette valeur est égale au produit $ \rho g $. Finalement nous démontrons que pour une différence de pression de 10 hPa par exemple on aura une différence de hauteur de 0.1 m.

 

Illustration 10 : Schéma explicatif

 

    Si on considère un domaine comme celui de l'illustration 10 avec 2 points. Nous allons avoir une approche simplifiée mais qui permet d'obtenir une idée de l'ordre de grandeur du $ \Delta P $ et donc de l'élévation de la surface libre.

    Si au point 1 on a une vitesse $ v_1 $ et une pression $ P_1 $ et au point 2 $ v_2 $ et $ P_2 $, en faisant l'hypothèse que l'écoulement d'air parfait est incompressible, stationnaire et irrotationnel, nous pouvons utiliser le Théorème de Bernouilli entre les points 1 et 2.

    Nous obtenons alors avec $ v_1$ =0, et les points 1 et 2 à la même altitude :

$ \Delta P $ = $ \rho_{air} \frac{v_2^2}{2} $

    Si nous choisissons par exemple $ v_2$ = 60 km/h nous obtenons alors $ \Delta P $ =167 Pa. Et avec la relation pour l'élévation de la surface ci-dessus, la formule donne $\eta$=1.7 cm. Ceci va nous permettre d'évaluer grossièrement par la suite la surcôte obtenue au niveau de notre frontière sud.

   

Conclusion :                                  

    Ainsi, ces calculs nous ont permis de conclure sur le fait que même un vent seul d'intensité importante n'entraîne pas de surélévation importante du niveau de la mer.

    Donc lors de notre simulation du vent seul, la condition aux limite utilisée pour définir le niveau de la mer est conservée identique au cas sans vent, sans subir de modifications.

    Nous étudierons donc d'une part le cas d'un vent sans élévation du niveau de la mer (sans dépression météorologique au large) et dans une seconde partie, nous analyserons le cas l'une surcôte du niveau de l'eau produite par une dépression au large.

 

 

 

                       

 

Paramètres qualité et pollution

 

 

    Pour étudier l'aspect qualité de l'eau et l'accumulation potentielle de polluant dans certaines zones du port, nous avons du faire une sélection des substances polluantes que nous souhaitions étudier. Après une recherche bibliographique complète sur les polluants retrouvés le plus fréquemment dans les zones portuaires, nous avons opté pour la sélection suivante :

 

  • Étude d'un polluant d'origine biologique (pour simuler les rejets de matière biologique dans le port de Carnon).

    Le port de Carnon, à l'instar de toutes les zones portuaires, est le siège de pollution biologique due aux rejets de matières organiques des hommes mais aussi des êtres vivants dans le milieu aquatique. En effet, les poissons rejettent dans leurs excréments un taux important d'ammonia/amonium qui se dégénère ensuite en nitrates avec l'action du dioxygène. Nous avons choisi de suivre les trajectoires de ce polluant biologique, couramment rencontré dans les ports et caractéristique de ces milieux.

 

  • Étude de la pollution chimique (par exemplecertains ions) dans le port.

    Les zones portuaires sont en effet toujours le siège d'une intense pollution en matières chimiques dissoutes. Le port va être le siège de réactions chimiques avec certains éléments dissous dans l'eau. Ceux-ci peuvent provenir de plusieurs sources. En effet, des ions peuvent être rejetées à la mer par exemple par les bâteaux dont le peinture s'écaille et provoque un rejet non négligeable d'ions zinc. Mais l'on peut également penser aux ions nitrites/nitrates précédemment évoqués comme pollution biologique. L'étang de l'Or constitue notamment une source d'ions amonium, d'ammoniac, mais aussi de nitrites et de nitrates. En effet, l'étang de l'Or se trouve être le lieu concourant des bassins versants de la région de Sète. L'eau ruisselant depuis ces divers bassins versants entraîne de nombreuses sortes de matières pouvant être à l'origine de pollution (déjections animales et hydrocarbures issus des chaussées routières par exemple). Étant donné que l'étang communique avec le port par le grau, une grande partie de ces polluants va alors être retrouvée dans le port. L'illustration 11 permet d'avoir une idée des quantités de métaux lourds présents dans les ports suite à l'ensemble des apports. Ces métaux peuvent être à l'origine de maladies pour les poissons mais aussi de mauvaise qualité de l'eau pour les riverains.

 

 

Illustration 11 : Enrichissement des sédiments des ports de plaisance en micropolluants  métalliques du fait de l'activité de plaisance.

Source : http://siecorse.eaurmc.fr

 

    Au cours de notre étude, nous allons donc étudier le transport des ions nitrites/nitrates qui seront représentatifs à la fois du transport de matières polluantes dissoutes mais aussi de polluants d'origine organique.

 

 

  • Étude d'un polluant flottant (assimilable à un hydrocarbure ou à des déchets en plastiques par exemple).

    Cette source de pollution est typique des régions portuaires. En effet, il n'est pas rare de voir flotter à la surface des eaux d'un port de petites tâches irisées d'hydrocarbure ou des sacs plastiques...

    Dans notre étude, nous allons nous focaliser sur une sorte de pollution flottante représentative de l'ensemble des matières flottantes : les hydrocarbures.

     Ce sont de longues chaînes organiques carbonées comportant en général plus de 4 atomes de carbone. Dans des conditions de pressions et températures ambiantes pour 4 atomes de carbone ou moins l'alcane est gazeux. L'illustration 12 ci-dessous présente une molécule d'octane (8 atomes de carbones donc à priori non gazeux => plaques flottantes sur l'eau), composant principal de l'essence.

    Les hydrocarbures sont une source de pollution importante dans les zones portuaires : ils ont en effet plusieurs sources essentielles dans les ports : 

- Les fuites lors des opérations d'avitaillement des navires (stations-service) ou de remplissage de jerricans à bord,

- Les pertes en provenance des échappements des moteurs de bateaux (dont une partie se retrouve dans l'atmosphère),

- Les eaux de cale formées d'un mélange eau/hydrocarbures,

- Le lessivage des voiries et des aires de stationnement des véhicules automobiles terrestres au bords de la zone de plaisance,

- Les pollutions accidentelles

 

 

Illustration 12 : Molécule d'octane, composant les hydrocarbures

Source : http://chemistry.about.com

 

    Une partie importante des émissions s'évapore tandis que la fraction la plus lourde forme un film irisé à la surface des eaux qui, s'il occupe une surface importante par rapport à la superficie totale du bassin portuaire, peut diminuer la pénétration de la lumière et surtout contribuer à un déficit en oxygène. La modélisation de ces hydrocarbures a été réalisée avec l'injection de "flotteurs" grâce au logiciel Telemac. En effet, le logiciel Telemac propose une fonctionnalité «flotteur» qui permet de suivre l’évolution d’un flotteur passif (sans modification du morphodynamisme de l'écoulement ni dissipation de ce denier) dans l’écoulement simulé. Cela nous a donc permis de suivre l’évolution des flotteurs, et donc ainsi de suivre en temps réel une sorte de 'bouée' qui simule les courants. Cela nous permet donc de modéliser le transport d’une petite plaque d'hydrocarbure.

    Afin de prendre en compte cette option sous le logiciel Telemac 2d, il faut activer l'option FLOTTEUR et renseigner un certain nombre de données dans le fichier des paramètres. Il faut notamment indiquer le nombre de flotteurs injectés mais aussi préciser leur points de départ et le moment auquel ils sont lâchés dans le courant. Toutes des données sont codées dans un fichier fortran appelé par le fichier .cas de Telemac-Sisyphe : flotteurs.slf.

 

FICHIER DE RESULTATS BINAIRE        : flotteurs.slf   / fichier de résultats pour visualiser les flotteurs sous le logiciel  Matisse
FICHIER FORTRAN : FLOT.f   / fichier fortran nécessaire en entrée qui fixe les positions initiales des flotteurs injectés dans l'écoulement

/----------------------------------------------------------------------/
/    FLOTTEURS
/----------------------------------------------------------------------/

NOMBRE DE FLOTTEURS =4
PERIODE POUR LES SORTIES FLOTTEURS =10  /  Nombre de pas de temps entre 2 sorties de positions de flotteurs dans le fichier des resultats binaire flotteurs.slf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Résultats des simulations

 

    Dans cette troisième partie, nous allons vous présenter les résultats auxquels nous sommes parvenus durant nos 6 semaines de projet.

 

Résultats de l'étude courantologique

    Dans un premier temps, nous allons vous présenter les résultats en ce qui concerne l'étude courantologique que nous avons menée dans le grau.

 

Résultats étude pollution et recirculation de l'eau

    Puis nous aborderons dans une seconde partie les conclusions sur l'aspect pollution et qualité de l'eau.

 

Etude d'une autre géométrie de port (ajout de digues)

    Le binôme 1 en charge du dimensionnement de l'avant port nous a fourni ses résultats avec une autre géométrie de port (digue rallongée). Or il se trouve que la différence de hauteur d'eau dans l'arrière port (zone que nous étudions) induite par cette modification de géométrie et tout à fait minime (1 cm). Nous allons donc focaliser notre étude sur la géométrie actuelle du port, tout en sachant qu'une modification de la géométrie n'affecterait ni les courants établis dans le grau ni les recirulations de polluants dans l'arrière port.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Etude courantologie

 

    Nous avons choisi de procéder par étapes, en commençant par inclure seulement le forçage du à la marée puis en complexifiant peu à peu l'étude en considérant les forçages causés par le vent et par une éventuelle surcote entre la mer et la hauteur de l'eau à l'Etang de l'Or.

 

    Nous avons en premier lieu modélisé notre zone d'étude avec la configuration barrage ouvert (illustration 13) afin de pouvoir observer si l'on a ou pas le besoin de le fermer (côte de l'eau au barrage supérieure à +35cm).

 

 

 

Illustration 13 : Tronçon du grau reliant le port de Carnon et l'étang de l'Or

Source : Google map

 

 

 

 

 

 

Forçage de la marée

 

    Comme expliqué dans la partie "Modélisation de la zone d'étude" (ici), la marée a été simulée numériquement par une entrée sinusoïdale en hauteur d'eau sur la frontière Sud de notre domaine d'étude.

   Nous avons pris une période de 43 200 secondes soient 12 heures qui sont observables en réalité. De plus, l'amplitude de marée que nous avons simulée est de 0.2 mètres. C'est une valeur que nous avons trouvé lors de notre étude bibliographique et qui correspond à une marée moyenne dans cette région de France. Les premiers résultats obtenus sont indiqués sur l'illustration 14 :

 

Illustration 14 : Modélisation de la marée dans l'arrière port et le grau de Carnon

 

    Les illustrations 15,16 et 17 présentent maintenant les graphiques de vitesses et de la surface libre à la frontière Nord de notre zone d'étude (c'est à dire au niveau du barrage entre la mer et l'étang de l'Or) :

Illustration 15 : Surface libre dans le canal en fonction du temps : cycle de la marée

 

Ici nous illustrons le champ des vitesses dans la zone que nous étudions :

  • L'illustration 16 montre les champs de vitesses au cours d'un cycle de marée.
  • L'illustration 17 présente des vitesses au niveau du barrage en fonction du temps.

 

Illustration 16 : Champs de vitesses au cours d'un cycle de marée dans la zone étudiée

(grau et arrière port)

 

 

Illustration 17 : Vitesses au niveau du barrage en fonction du temps sur un cycle de marée

 

 

 

Interprétation :

    Pour ce qui est des hauteurs d'eau, nous observons nettement avec l'illustration 16 les cycles de marée en entrée du port qui gagnent ensuite l'arrière port. La surface libre de l'eau augmente et redescend périodiquement, avec la période T que nous lui avons fixée dans le fichier .cas de Telemac (T=43200s) et une amplitude de 0.2 mètres. L'évolution de la surface libre varie elle entre -0.06 et 0.31 m, ce qui implique que le barrage reste ouvert dans de telles conditions.

 

    En ce qui concerne les vitesses et les courants au sein du grau, avec la seule marée, la vitesse moyenne dans le grau est de : 0.35 m/s (calculs effectués sur Matlab avec les résultats obtenus sur Fudda) et nous observons que ces vitesses dans le canal sont toujours orientée vers la mer. Donc nous n'avons pas ici de changement de direction du champ de vitesse : les courants sont uniformes dans le grau avec seulement le phénomène de marée.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Forçage du vent

 

    Nous avons ensuite souhaité ajouter aux effets de marée les effets du vent sur la courantologie au sein du grau. En effet, nous pensons que le vent joue un rôle important dans l'établissement des courants qui ont lieu dans le canal. Afin de modéliser cet effet, nous avons modifié le fichier .cas qui pilote Telemac, comme expliqué précédemment. Quatre direction de vent ont été simulées : NO ; NE ; SO ; SE. A chaque fois, ce sont des vents d'intensités importantes (entre 60 et 100km/h) qui ont été simulés dans un canal ouvert (communication entre l'étang et la mer). La vitesse maximale réaliste que nous nous sommes fixé pour simuler le vent est de 100 km/h. Il est extrêmement rare en effet d'avoir un vent de plus de 100 km/h sur cette zone (une rafale de quelques secondes oui mais pas un vent en continu sur plusieurs heures).

    De plus, nous avons en premier lieu modélisé les écoulements en configuration barrage ouvert. Puis nous avons analysé nos résultats et c'est en fonction des côtes d'eau trouvées que nous avons dû ou pas refaire la simulation en configuration fermée. (selon si la côte critique +35cm est dépassée ou non).

 

Voilà nos résultats principaux :

 


  • Marée + Vent Nord-Est (NE) de 100 km/h + barrage ouvert

 

       

 

Image clicable, cliquez ici pour l'afficher en taille réelleImage clicable : cliquez pour avoir la taille réelle

 
 
 
 
 
 
 

 

Illustrations 18 et 19 : Minimum et maximum de la surface libre dans le port

 

Illustration 20 : Champs de vitesse dans la zone étudiée

 
Observations courantologiques :

    - Les illustrations 18, 19 et 20 montrent que la surface libre de l'eau dans le grau varie entre - 0.08  m et +0.29 m donc le barrage reste ouvert pour un vent de Nord-Est. (côte inférieure à +35cm)

   - Pour ce qui est des vitesses et des courants dans le grau, la vitesse moyenne dans le grau de 0.35 m/s = 1.26 km/h. De plus, les champs de courants sont ici aussi uniformes (comme dans le cas sans vent) : les courants dans le grau sont toujours orientés depuis l'étang vers la mer tout au long du cycle de la marée. Notons que de faibles recirculations de vitesse existent dans les deux ailes latérales de l'arrière port.

 

 


  • Marée + Vent Nord-Ouest (NO) de 100 km/h + barrage ouvert

   

 

 

Illustration 21 : surface libre de l'eau au barrage sur un cycle de marée

 
Observations :

    - L'illustration 21 montre que la côte de la surface libre dans le grau entre - 0.12 m et + 0.29 m donc là encore le barrage doit rester ouvert quelque soit l'intensité d'un vent venant de Nord-Ouest.

    - La vitesse moyenne dans le grau est de  0.10 m/s = 0.36 km/h et l'on remarque que le courant dans le grau est encore une fois uniformément dirigé depuis l'étang de l'Or vers la mer.

 

 


  • Marée + Vent Sud-Ouest (SO) de 80 km/h + barrage ouvert

 

Illustration 22 : Surface libre et vitesse avec un vent de 80 km/h de Sud-Ouest

 

Observations :

    - L'illustration 22 indiquer que la côte de la surface libre dans le grau entre -0.23 m à + 0.34m donc dans cette configuration, le barrage peut rester ouvert.

    - En ce qui concerne les courants au sein du grau, le champ de vitesse est rapidement uniforme, dirigé de l'étang vers la mer.

    Le niveau critique de +35cm est presque dépassé avec cette vitesse de vent. Nous allons faire une nouvelle simulation avec un vent de force légèrement supérieure afin de trouver la vitesse de vent de Sud-Ouest critique quiv provoque la fermeture du barrage.

 

 

  • Marée + Vent Sud-Ouest (SO) de 90 km/h + barrage ouvert

    Avec un tel vent, la simulation permet d'obtenir l'illustration 23 ci-dessous :

Illustration 23 : Surface libre (m) au barrage en fonction du temps

 

Interprétation :

    - L'illustration 23 nous indique que la côte de la surface libre dans le grau entre - 0.04 m et + 0.35 m donc là encore le barrage doit se fermer. La vitesse limite du vent de direction Sud-Ouest pour fermer le barrage est donc de 90 km/h.

    - La vitesse moyenne dans le grau est de 0.35  m/s =  1.26 km/h et l'on remarque que la vitesse a toujours la même direction (due au débit venant de l'étang).

    La fermeture du barrage permet d'éviter que les eaux salées de la mer "contaminent" l'étang de l'Or. Nous allons étudier dans une partie suivante (bas de page) la configuration Vent Sud-Ouest de 90 km/h avec le barrage fermé.

 

 


  • Marée + Vent Sud-Est (SE) de 60 km/h + barrage ouvert

image cliquable : cliquez ici pour voir en taille réellecliquer sur cette image pour l'agrandir

Illustration 24 : Minimum de la surface dans le port                         Illustration 25 : Maximum de la surface dans le port

Illustration 26 : Allure de la surface libre en fonction du temps dans le grau

Illustration 27 : Courants dans le grau avec un vent de 60 km/h soufflant depuis le sud-est

 

Observations :

    - Les illustrations 24, 25 et 26 permet de confirmer que la côte de la surface libre dans le grau évolue périodiquement entre -0.06m à +0.33 m donc avec un tel vent le barrage peut rester ouvert.

   - On remarque sur l'illustration 27 ci-dessus que les courants dans le grau sont légèrement moins forts lorsque la marée est haute (couleurs rouges sur l'animation). De manière approximative on peut calculer la vitesse moyenne dans le grau en marée montante qui est de l'ordre de 0.20 m/s, tandis qu'en marée descendante (couleurs vertes sur l'animation) la vitesse moyenne dans le grau est de l'ordre de 0.24 m/s. Soit 20% d'écart entre les vitesses marée montante et descendante. Ceci est logique puisque lorsque la marée montée de l'eau rentre dans le port et vient contrer le débit entrant par la frontière nord. Ceci engendre donc des vitesses plus faibles dans le grau sans toutefois parvenir à les inverser. De plus, un vent qui permettrait d'inverser les courants serait si important que le barrage serait monté depuis longtemps. En effet, la hausse de la côte de la surface imposerait au barrage de monter avant que le vent permettant d'inverser les courants soit atteint.

 

    Après avoir réalisé plusieurs calculs on s'aperçoit que la vitesse limite du vent venant du Sud-Ouest pour que le barrage doive se fermer est de 70 km/h.

    L'étude dans le cas barrage fermé va être faite par la suite avec une telle direction de vent.

 



  • Marée + Vent Sud-Ouest (SO) de 100 km/h + BARRAGE FERME

 

Illustration 28 : Champ de vitesse au sein de la zone d'étude en configuration barrage fermé

 
 
Observations :

    - La côte de la surface libre dans le grau évolue périodiquement entre -0.24 à +0.41 m. Nous notons que les valeurs sont légèrement plus basses que lorsque le barrage était ouvert.

   - L'illustration 28 permet d'étudier le champ de vitesse dans notre zone et par extension de déterminer la vitesse moyenne dans le grau qui est de 0.04 m/s. On remarque pour la première fois une inversion du sens du courant dans le grau. Cette inversion est en accord avec le sens du flux puis du reflux de la marée et évolue donc de façon périodique (période de 12 heures).

Ici le champ de vitesse n'est plus établi uniformément de l'étang vers le grau comme précédement.  Dans les ailes gauche et droite de l'arrière port, des recirculations existent comme dans le cas barrage ouvert.

 

 

 


  • Marée + Vent Sud-Est (SE) de 90 km/h + barrage fermé

Observations :

    - La côte de la surface libre dans le grau évolue périodiquement entre -0.12 à +0.45 m donc là nous observons une légère modification des côtes de la surface libre comparé au cas barage ouvert.

    - La vitesse moyenne dans le grau est de 0.0408 m/s et l'on remarque une inversion du sens du courant en accord avec le sens du flux puis du reflux de la marée.

 

 


Tableau récapitulatif des résultats:

 

 

  Direction du vent
NE NO SO SE
 

Vitesse

du vent

(km/h)

60

courant uniforme

courant uniforme courant uniforme courant uniforme
70 courant uniforme  courant uniforme courant uniforme courant alterné 
90

courant uniforme

courant uniforme courant uniforme courant alterné
100 courant uniforme courant uniforme courant alterné courant alterné

Illustration 29 : Tableau récapitulatif

 

Légende de la figure 29:

 

  • vert : configuration barrage ouvert
  • rouge : configuration barrage fermé

    Dans les cases de l'illustration 29, un état du champ de vitesse dans le grau est écrit.

 

 

 

 

Forçage d'une surcote

 

    Nous avons ensuite pensé qu'il serait judicieux d'étudier l'influence d'une différence de hauteur entre le niveau de la mer et celui du port. Cette différence de hauteur peut être causée par une dépression qui a lieu sur la mer comme expliqué dans la partie "Modélisation de la zone d'étude" ici.

   Nous avons donc introduit une condition limite de Z=0.2m en moyenne sur la frontière Sud afin de simuler la surcote générée par une dépression au large du port de Carnon.

 

► Voilà le résultat de nos simulations :

    Comme expliqué dans la partie "Modélisation de la zone d'étude", les surcôtes n'ont lieu que lorsque le vent souffle dans la direction du Sud (de la mer vers la terre). Lorsqu'il vient du Nord (de la terre vers la mer), c'est le phénomène de décote qui a lieu et donc le niveau de la surface libre baisse ce qui induit que la problématique de la fermeture du barrage n'a plus lieu : le barrage reste ouvert.

    Nos premières simulations sont dans la configuration barrage ouvert. C'est en fonction des résultats que l'on pourra alors conclure si le barrage doit se fermer ou non.

 


  • Avec marée et surcote de 0.2 m à la frontière Sud sans vent et barrage ouvert.

 

Illustration 30 : Surface libre de l'eau au barrage sur un cycle de marée

 

Illustration 31 : Champ de vitesse dans l'arrière port de Carnon et le grau

 

Interprétation :

     Nous constatons grâce à l'illustration 30 qu'en présence d'une surcote et avec la marée, le seuil de fermeture du barrage est dépassé. En effet, la valeur critique de +35cm est dépassée au cours du cycle, et cela même si l'on n'a pas simulé de vent. Nous constatons ici que les effets de la surcote sont très importants et engendrent automatiquement une fermeture du canal.

    En ce qui concerne les courants au sein du grau, nous observons sur l'illustration 31 qu'ils sont uniformément dirigés vers la mer. Cela va probablement être modifié par la fermeture du canal.

 

 


  • Avec marée, vent SE de 80km/h et surcote de 0.2 m à la frontière Sud

 

Illustration 32 : Évolution de la surface libre dans le canal en fonction du temps

 

Illustration 33 : Variation des hauteurs d'eau dans la zone étudiée

 

Interprétation :

   Ici, la vitesse moyenne dans le grau avec Z=0.2m en entrée sud de la zone d'étude vaut 0.32 m/s =  1.15 km/h.

   Grâce à l'illustration 32 nous remarquons que la surface libre oscille entre +0.07 m et +0.45 m. Le barrage doit donc se fermer ici aussi (limite de +0.35m franchie). Nous nous attendions à un tel résultat étant donné que même sans vent, le barrage doit se fermer. Ici, en ajoutant un vent du sud (qui "pousse" donc l'eau vers le port et augmenta la surface libre) nous obtenons un niveau d'eau supérieur au cas sans vent (45cm>41cm).

   Il est de plus intéressant de remarquer que lorsque le vent seul souffle depuis la direction SE, le niveau de la mer monte jusqu'à +33cm (<+45cm). Ainsi, il semble que l'influence du vent sur la mer qui est à l'origine de la surcote soit plus forte dans le grau comparée à l'action du seul vent sur l'arrière port.

   Le débit est presque constant dans le grau et vaut 0.87 m²/s et le champ de vitesse est dirigé uniformément vers la mer sans variation de sens..

 

 

 


  • Avec marée, vent SO de 80km/h et une surcote de 0.2 m à la frontière Sud

 

 

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Illustrations 34 et 35 : Surface libre minimum et maximum au cours d'un cycle de marée

 

 

Interprétation :

    Les illustrations 34 et 35 montrent que la surface libre varie de +0.05 m à +0.43 m. Le barrage doit donc se fermer là aussi (limite de +0.35m franchie). Il est intéressant de remarquer que lorsque seul le vent Sud Ouest souffle (sans surcôte), les variations de hauteur d'eau sont comprises entre -0.23 et +0.34cm. Ces résultats nous montrent l'importance jouée par le phénomène de surcote sur la hauteur du niveau d'eau et donc sur la fermeture du barrage.

    Le débit est presque constant dans le grau et vaut 0.93 m²/s.

 

 

 


 

► Conclusion sur le forçage d'une surcote d'eau:

    Avec un phénomène de dépression au large qui provoque une surcote dans le port de Carnon, la côte limite de +0.35m est immédiatement franchie au niveau du barrage. Ainsi, même sans vent, les portes du barrage se ferment si une surcote existe, afin d'éviter de saler les eaux de l'étang. Ce phénomène est renforcé lorsque le vent souffle en même temps. Donc dans tous les cas, en présence d'une surcote au large, le barrage entre en configuration barrage fermé et donc les courants dans le grau sont alternés. (avec la même période que la marée, accordé suivant le flux et le reflux de la marée).

 

 

 

 

 

 

Etude qualité eau et pollution

 

Étude qualité des eaux du port et transport de polluant


 

    Dans les zones portuaires, la pollution connaît des formes très diverses. Par exemple, elle peut se présenter sous forme de débris flottants qui suivent les courants de surface (plastiques, mais aussi et surtout nappes d'hydrocarbure). La pollution peut également être présente à travers des espèces chimiques dissoutes dans l'eau qui se déplacent grâce aux divers courants.

    Nous avons expliqué dans la partie précédente que nous avons fait le choix d'étudier trois principaux polluants qui sont très présents (et donc très représentatifs de la pollution) dans les zones portuaires :

 

 

    Étant donné que les nitrites sont à la fois un polluant organique et un polluant dissous dans l'eau, nous ne mèneront qu'une étude combinée pour ces deux cas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Transport pollution chimique dissoute

 

 

►Rappels sur les effets des nitrates/nitrites sur les poissons

 

    Nous avons souhaité modéliser le transport d'un polluant chimique dissous au sein d'une zone portuaire. En effet, ce type de pollution est typique d'un port et est très présente dans ce type de zones. Ce type de pollution est constitué d'anions et de cations, issus soit des bateaux (peinture de zinc par exemple), soit des poissons (nitrites/nitrates, voir explication dans la partie "Modélisation de notre zone d'étude" ici). Nous avons focalisé notre analyse sur le transport des nitrates, sachant que cette étude pourrait être appliquée aux autres ions en solution dans le port.

 

    Les nitrates ($NO_3^-$) et les les nitrites ($NO_2^-$) sont des éléments polluants présents de façon systématique les milieux aquatiques. Ces polluants ont pour origine les rejets de déjections animales dans l'étang de l'Or, mais aussi directement en mer par les poissons. Il est intéressant de remarquer que les concentrations de ces nitrites/nitrates ne doivent toutefois pas dépasser une certaine valeur limite : au delà, ces constituants deviennent nocifs  pour les différents poissons présents dans le milieu concerné.

    En effet, les excréments des poissons sont riches en ammoniaque ($NH_3$) et en ions amonium ($NH_4^+$). La toxicité des ions amonium dépend du pH mais nous n'entrerons pas dans ces détails. L'ammoniaque va alors réagir avec le dioxygène ($O_2$) dissout dans l'eau de mer pour former les nitrites et les nitrates. Un des problèmes engendrés par cette formation de nitrites est que ces éléments empêchent les poissons d'assimiler l'oxygène nécessaire à leurs survies. Les nitrates quant à eux favorisent l'apparition d'algues vertes qui vont venir s'attacher sur les murs du port mais aussi sur les bateaux ce qui est plus gênant et détériore par conséquent la peinture de la coque des bateaux.

 

 

►Un peu de chimie à propos des nitrates/nitrites

 

    Les équations chimiques régissant ces phénomènes sont rappelées ci-dessous :

$NH_4^+ +2H_2O -> NO_2^- + 8H^+ +6e^-$   x2

$O_2+4H^++4e^- ->2H_2O$ x3

 

    Le bilan de ces équations redox donne l'équation suivante, c'est la nitrosation :

$2NH_4^++3O_2 -> 2NO_2^-+4H^++2H_2O$

    De plus, selon certaines conditions les nitrites formés vont pouvoir réagir à nouveau avec l'oxygène dissous dans l'eau pour donner des nitrates selon l'équation suivante, c'est la nitration :

$2NO_2^-+O_2 -> 2NO_3^-$

 

 

    Et le bilan final s'écrit alors :

$2NH_4^++4O_2 -> 2NO_3^-+4H^++2H_2O$

 

    Il semble légitime de supposer que la quantité molaire de $O_2$ dissoute est nettement supérieure aux quantités molaires d'ammoniaque et d'ions amonium dissous. On peut donc penser qu'au bout d'un certain temps tous les $NH_3$ et $NH_4^+$ seront consommés par le $O_2$ dissous dans l'eau pour former des nitrites et enfin des nitrates. Nous considérerons les réactions totales et rapides. De ce fait, l'étude sera faite en partant d'une concentration relative en nitrites/nitrates de 1. Nos études qui suivent permettent de simuler un déversement accidentel ponctuel de polluant dans le port.

 

 

 

 

Etude nitrites/nitrates vent NE

    Nous rappelons que cette étude ainsi que la suivante permettent de simuler un déversement accidentel ponctuel de polluant dans le port.

►Fichier des paramètres de cette étude (fichier .cas) vent de 60 km/h du Nord-Est barrage ouvert

 

    Vous trouverez ici le fichier .cas en intégralité qui pilote le logiciel Telemac  pour simuler le transport des nitrites/nitrates avec un vent de Nord-Est.

fichier .cas de cette étude

 

►Zones de stockage d'un polluant dissous (Nitrites/Nitrates) dans le port vent Nord-Est de 60 km/h avec le barrage ouvert

 

    Pour cette étude, il n'est pas nécessaire d'étudier la configuration barrage fermé, car avec un vent du Nord-Est ou Nord-Ouest la côte de l'eau au barrage n'atteint jamais les +35cm NGF (comme démontré dans la partie Résultats>Etude courantologique, ici). Par conséquent, lorsque le vent souffle depuis le nord le barrage restera toujours ouvert.

    Cette étude est faite dans l'hypothèse où aucune pollution n'arrive dans l'arrière port : ni par le grau, ni par le canal venant de la mer. A l'instant initial, un polluant est injecté à la concentration 1 de façon uniforme sur toute la surface de la zone étudiée. Nous faisons ensuite calculer le logiciel Telemac avec les écoulements classiques. Ceci va nous permettre de savoir où réside le plus longtemps le polluant dans l'arrière port. Bien sûr, ceci n'est pas, en réalité, entièrement vrai, puisque l'étang va constituer une source de polluant quasi-infinie au même titre que la mer.

Ainsi, les résultats affichés sur cette page représentent la concentration en polluant qui reste dans le port, exprimée en pourcentage par rapport à la valeur initiale fixée à 100%.

    L'illustration 36 ci-dessous permet de comprendre ce qui se passe lorsque le vent souffle depuis le Nord-Est.

 

Illustration 36 : Évolution de la concentration d'un polluant dissous dans le temps

 

 

Interprétation :

    L'animation permet de remarquer que le vend de Nord-Est permet une dilution du polluant beaucoup plus rapide que dans le cas d'un vent de Sud-Est (cas suivant). Ceci semble logique puisque pour un vent de Nord-Est souffle depuis les terres vers la mer (et donc vers la voie d'évacuation des polluants) comme le montre l'illustration 37 suivante :

 

Illustration 37 : Simulation de la surface libre pour t=61000s

 

    Sur les illustrations suivantes 38 et 39 sont représentées les allures des champs de concentrations pour différents temps (t=16.520 puis t=60.060s). Et nous pouvons remarquer une élévation de la surface libre orientée dans le même sens que le vent.

 

Illustration 38 : Concentration dans le port à t=16.520s         Illustration 39 : Concentration dans le port à t=60.060s

 

 

Interprétation :

  • A t=16.520 s, la concentration dans l'aile Ouest vaut environ 0.57 soit une baisse de 43% durant les 16520 premières secondes. Dans l'aile Est la concentration relative vaut 0.87 soit une baisse moins rapide de seulement 13% par rapport à l'état initial.

 

  • Au bout de t=60.060 s, dans l'aile Est (aile droite) on a une concentration relative de 0.46 soit une baisse de 54% par rapport à l'état initial. En revanche, dans l'aile Ouest la concentration relative vaut 0.17 à t=60.060s soit 83% de la concentration initiale. 

 

  • Nous observons donc que le polluant reste beaucoup plus longtemps dans l'aile "Est" sous l'action d'un vent de Nord-Est. Ces concentrations relatives seront à comparer avec les concentrations relatives du cas suivant (vent de sud-est).

 

 

 

 

 

 

 

Etude nitrites/nitrates vent SE

 

►Fichier des paramètres de cette étude (fichier .cas) vent de 60 km/h du sud-est barrage ouvert

fichier cas de l'étude

 

►Zones de stockage d'un polluant dissous (Nitrites/Nitrates) dans le port vent Sud-est de 60 km/h avec le barrage ouvert

 

    L'illustration 40 ci-dessous permet de visualiser les zones où les polluants chimiques dissous vont avoir tendance à résider le plus longtemps. Ici aussi initialement un polluant à la concentration 1 est répartit sur tout la surface étudiée. La grandeur représentée sur les graphiques est la concentration relative en polluant dissous restante à la fin de la simulation ebn pourcentage.

 

    Les conditions pour ces simulations sont un vent de Sud-Est de 60 km/h, une côte de +0.1m NGF à la frontière Sud du domaine, ainsi qu'un débit de 30$m³/s$ entrant par le grau. De plus, nous tenons compte de la marée avec une période de 43.200s soient 12h comme dans les cas précédents.

 

Illustration 40 : Animation des courants et du polluant en fonction du temps dans le port

 

Interprétation :

    Nous remarquons sur l'illustration 40 comme attendu que les zones où le polluant peut potentiellement s'accumuler (pour un vent de Sud-Est) sont les deux ailes latérales du port (lieux où les bateaux sont stationnés). En effet, les polluants dissous résident le plus longtemps dans les zones présentant de fortes recirculations et/ou où les courants sont quasiment nuls.

    Le fait que le polluant reste plus longtemps dans les ailes gauche et droite du port est relativement gênant d'une part pour les poissons qui auront du mal dans ces zones à assimiler le $O_2$ nécessaire à leur bonne santé ; mais aussi car la formation de nitrates favorise la formation d'algues vertes qui s'attachent aux carènes des navires.

 

 

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   Illustration 41 : Zones de recirculation à t=16520s                 Illustration 42 : Zones de recirculation à t=60060s

 

 

Interprétation :

    Sur les illustrations 41 et 42 ci-dessus, nous observons que les zones de stockage des polluants sont les zones de recirculation, mais aussi évidemment les zones où la vitesse est négligeable devant les autres vitesses du domaine. En effet, si on on prend la moyenne des vitesses dans l'aile Est du port, on trouve une vitesse de 0.02 m/s, soit une vitesse quasiment 20 fois plus petite que celle dans le grau. Le fait d'avoir une vitesse si faible est un avantage en termes de tangage, mais un inconvénient en termes de renouvellement de l'eau dans le port. Les nitrites et nitrates ont par conséquent du mal à s'échapper des ces zones latérales ce qui engendre les problèmes déjà évoqués plus haut dans cette section.

    En termes de concentrations relatives, une concentration de 0.5 (contre 0.46 pour un vent de Nord-Est) est trouvée dans l'aile Est à t=60.060s contre une concentration de 0.22 (contre 0.17 pour un vent de Nord-Est) dans l'aile Ouest.

   Finalement pour un temps relativement grand de simulation, le polluant dissous est mieux évacué du port avec un vent de Nord-Est que avec un vent de Sud-Est et cela dans les deux ailes latérales. En effet, pour l'aile Est à t=60.060s pour un vent de Nord-Est la concentration est 2.7 fois plus petite que pour le vent de Sud-Est. Et pour l'aile Ouest pour un vent de Nord-Est la concentration est 4.9 fois plus petite.

 

 

►Zones de stockage d'un polluant dissous (Nitrites/Nitrates) dans le port vent Sud-Est de 90 km/h avec le barrage fermé

 

    Lorsque le barrage est fermé (côte au barrage de l'eau supérieure à +35cm NGF), un débit de 0 $m^3/s$ est imposé au niveau du grau (frontière nord).

   Dans cette simulation nous imposons la même marée de 12 heures de période et d'amplitude de 0.2m. Les deux différences avec le cas précédent sont que maintenant nous imposons un vent de Sud-Est d'intensité 90 km/h, et donc nous avons une configuration barrage fermé.

   De plus, le vent de 90 km/h a été imposé avec un coefficient d'influence du vent valant $2,513.10^{-6}$ puisque selon le manuel utilisateur de TELEMAC pour une vitesse supérieure à 19.22m/s (environ 70 km/h) ce coefficient est indépendant de la vitesse du vent. On obtient alors les résultats ci-après sur les illustrations 43 et 44.

 

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Illustration 43 : Concentration en traceur à t=16520s et barrage fermé  Illustration 44 : Concentration en traceur à t=60060s barrage fermé

 

 

►Interprétations de nos résultats

 

    Il est maintenant intéressant de comparer les résultats en configuration barrage fermé avec les résultats du cas barrage ouvert. On remarque que pour t=16.520s et t=60.060s le port entier (excepté pour le grau) contient une forte concentration en polluant dissous lorsque le barrage est fermé. Si nous zoomons sur le grau en analysant les courants nous nous apercevons que celui-ci est le siège d'inversion de courants qui entraînent le polluant vers le port. Pour mieux se le représenter il est possible de regarder l'illustration 45 suivante :

 

cliquez sur l'image pour la voir en taille réelle

Illustration 45 : des courants dans le grau avec barrage fermé, vent=90km/h Sud-est

 

    Nous remarquons sur l'image 45 ci-dessus qu'il existe un point de fuite pour le polluant à l'Est du grau. C'est par cet endroit que le polluant arrive à s'échapper du grau. L'écoulement étant quasiment stationnaire sur des périodes courtes (de l'ordre de 10 fois inférieures à la période de la marée), on peut considérer que le polluant dissous suit quasiment les lignes de courant sur cette courte période. Par conséquent la ligne noire permet de retracer la trajectoire d'un particule polluée. On remarque qu'elle fait le tour du grau avant d'être éjectée vers l'arrière port.

 

► Comparaison barrage ouvert/barrage fermé

    Si on compare avec les résultats obtenus en barrage ouvert nous remarquons que le débit entrant par le grau de 30 $m^3/s$ joue un rôle très important dans le renouvellement de l'eau dans le port. En effet, si nous comparons les résultats à t=60 060s, il n'y a quasiment plus de pollution lorsque le barrage est ouvert alors qu'il reste encore des nitrites/nitrates quand le barrage est fermé. Finalement, avec un temps de tempête dirigé Sud-Est (et donc le barrage fermé), les poissons attendent avec impatience le retour du beau temps sans vent (et donc avec le barrage ouvert) pour que les nitrites soient évacuées du port.

 

 

 

 

 

Synthèse des résultats

 

 

    Afin d'avoir une vue globale de nos résultats en ce qui concerne le transport de pollution chimique dissoute au sein du port de Carnon, nous les avons rassemblés dans le tableau 46 suivant. Les résultats recensés sont les concentrations au niveau de l'aile Ouest et de l'aile Est entre deux temps distincts. Ces résultats permettent d'avoir une idée de l'influence du vent et de la marée sur l'évacuation d'un polluant. Typiquement, le temps de résidence du polluant dans le port est de l'ordre du jour.

 

  Vent SE 60km/h Vent SO 60km/h Vent NE 60 km/h Vent NO 60km/h

Aile Est

16 500s

C=0.85 C=0.73 C=0.87 C=0.82

Aile Ouest

16 500s

C=0.54 C=0.26 C=0.57 C=0.59

Aile Est

60 000s

C=0.5 C=0.16 C=0.46 C=0.6

Aile Ouest

60 000s

C=0.22 C=0.04 C=0.17 C=0.06

Illustration 46 : transport et évacuation de polluants dissous (exemple : nitrates)

 

Légende :

En rouge : les deux plus importantes concentration en polluants dissous

En vert : les deux plus faibles concentrations en polluants dissous

 

Interprétation :

    La concentration affichée dans l'Illustration 46 est en g/L.

    Nous remarquons globalement que après une marée et demie (t=60 000s) le polluant a quasiment disparu de l'aile Ouest. En ce qui concerne l'aile Est, il semble que le polluant dissous ait plus de difficultés pour s'évacuer et cela quelque soit la direction et l'intensité du vent. Il faut attendre un peu plus longtemps afin que la marée évacue le polluant dans cette aile Est.

    Nous pouvons, pour finir, comparer ces valeurs avec la norme française en vigueur concernant ce  type de pollution (décret 2001-1220 du 20 décembre 2001). Cette norme s'établit à 50 mg/L pour une eau qui est destinée à la consommation humaine. Ainsi, il apparaît comme nous nous y attendions que le taux de nitrates dans le port engendre une eau non potable. Cela est un résultat général pour l'ensemble des ports français.

 

► Perspectives et solutions pour améliorer l'évacuation des polluants dissous

    Étant donnés les résultats dans l'aile Est recensés dans l'illustration 46, il serait intéressant d'accélerer la disparition du polluant en installant par exemple des matrices cristallines comme évoquées dans la partie suivante. Par contre, il semblerait que l'aile Ouest soit moins sujette à une concentration du polluant dissous, par conséquent aucune installation supplémentaire semble requise.

 

 

 

 

 

 

Transport pollution flottante

 

    La deuxième sorte de polluant que nous avons choisi de modéliser est la pollution flottante (hydrocarbure, sacs plastiques...). C'est en effet une pollution rencontrée dans tous les ports de plaisance et de pêche. Comme expliqué dans la partie précédente "Modélisation de notre zone d'étude", ici, les mouvements de cette pollution seront modélisés dans tout le port à l'aide de la fonctionnalité 'FLOTTEURS' dans le logiciel Telemac 2D.

    En effet, les trajectoires adoptées par ces flotteurs suivant les courants de surface du port et donc les flotteurs illustrent parfaitement les trajectoires qu'adoptent les polluants flottants (qui eux aussi suivent de façon passive les courants de surface).

 

Objectifs :

    Nous allons donc ici chercher à visualiser les trajectoires des polluants flottants et par là même, à identifier des éventuelles zones mortes (endroit avec peu de débit -et donc de vitesse- où le polluant stagne sans pouvoir sortir de cet espace et où des recirculations de courants se créent) au sein du port de Carnon.

 

► Méthodologie pour modéliser les trajectoires des polluants

 

    Pour analyser les trajectoires des tâches d'hydrocarbure dans le port de Carnon, nous avons choisi d'analyser 3 zones différentes (illustration 47). Pour ce faire, nous plaçons 13 flotteurs dans ces 3 zones via le logiciel Telemac, en des positions stratégiques du port :

  • 1 dans le grau
  • 5 dans l'aile gauche de l'arrière port (zone "aile" gauche)
  • 7 dans l'aile droite de l'arrière port (zone "aile" droite)

        L'illustration 47 présente une carte des emplacements initiaux de nos treize flotteurs - aux positions marquées '+' - et donc des emplacements initiaux de nos matières flottantes :

 

 

 

Illustration 47 : Emplacements de nos 13 matières flottantes modélisées avec Telemac 2D et dénomination des différentes zones de notre surface étudiée.

 

    Dans ce projet, nous allons étudier les forçages (sur le transport de polluants flottants) dus à des vents soufflants dans différentes directions, et cela toujours combiné avec les effets de la marée à la frontière Sud et du débit du grau à la frontière Nord. Les vents que nous simulons sont (tout comme dans la partie précédente) de direction et d'intensité constantes au cours du temps.

 

 

► Conditions aux limites générales pour l'étude du transport de pollution flottante

  • Sur la frontière Sud nous imposons une hauteur de 0.1m NGF (comme précédemment, il s'agit de la côte moyenne de la mer à Carnon par rapport à la référence du référentiel NGF qu'est Marseille).

 

  • Nous imposons également une condition de marée sur la frontière Sud comme dans les études précédentes (avec la même amplitude de 0.2m et la même période de 12 heures)

 

  • La condition à la limite à la frontière nord se met par débit de 30 m3/s (comme précédemment). Nous allons mener l'ensemble de nos simulations en configuration barrage ouvert. En effet, pour des vents de 80 km/h le barrage est ouvert pour quasiment toutes les directions de vent. Seule la direction Sud-Est provoque une fermeture du barrage (côte de 35.9 cm très légèrement supérieure à la limite de 35 cm). Nous allons donc, pour conserver une cohérence entre les simulations, mener toutes les expériences avec un barrage ouvert.

 

►Vents simulés

     Nous souhaitons étudier 4 directions du vent avec des intensités différentes. Voilà donc les choix d'étude que nous avons faits :

  • 4 Directions étudiées : Nord-Est, Nord-Ouest, Sud-Est et Sud-Ouest

 

  • 3 Vitesses de vent observées pour chaque direction: 0 km/h, 10 km/h et 80 km/h

 

    Vous trouverez dans les pages suivantes les détails de nos résultats et de nos interprétations.

 

 

Marée seule

 

 

    Dans une première partie, nous avons souhaité modéliser le transport de matières polluantes flottantes sous l'action des seules forces de la marée.

    Voilà le résultat auquel nous sommes parvenu, c'est l'illustration 48 :

 

Illustration 48 : Simulation du transport des hydrocarbures aux 13 positions différentes

sur une période de 24 heures

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

 

Interprétation :

    Les trajectoires des 13 flotteurs de l'illustration 48 révèlent la répartition des courants de surface dans l'arrière-port de Carnon. Sur les 13 flotteurs injectés initialement dans l'arrière port, 6 se sont échappés vers la mer. Ces 6 flotteurs ont été lâchés à l'origine soit près du grau, soit au sein même du canal. Le fait que ce soit ces flotteurs qui se soient échappés vers la mer est facilement compréhensible : c'est dans le canal et à proximité que les courants sont les plus élevés (débit fort de 30 m²/s). Sous l'action de ce fort débit et des champs de vitesses uniformément dirigés vers la mer, les trajectoires des flotteurs sont dirigées de façon rectiligne vers la frontière Sud de la zone.

 

    Mais si 6 flotteurs ont réussi à sortir et à être évacués vers la mer, il en reste tout de même 13-6=7 qui restent piégés dans l'arrière port.

    En effet, dans les deux ailes de l'arrière-port, les trajectoires des flotteurs présentent de nombreuses différences.

    Dans l'aile droite, les trajectoires sont beaucoup plus courtes pour un même laps de temps : les flotteurs ne se déplacent en effet que sur des zones très réduites et stagnent pratiquement pour certains d'entre eux. Cette zone de l'arrière port constitue donc une zone pratiquement sans courants avec des eaux stagnantes susceptible d'accumuler les polluants à leurs surfaces.

    Dans l'aile gauche ont lieu des phénomènes bien différents : les flotteurs adoptent deux comportements : ou bien ils stagnent (à l'extrémité gauche du port) ou alors ils suivent des trajectoires de recirculation. Mais dans les deux cas, le résultat final est le même : les polluants flottants sont piégés dans l'aile gauche et ne peuvent pas s'en échapper, soit parce qu'ils ont une vitesse nulle soit parce qu'ils sont entraînés dans leurs tourbillons de recirculation. L'aile gauche constitue donc elle aussi une zone où les polluants sont susceptibles de s'accumuler.

 

 

 

 

 

 

Marée + Vent

 

    Dans cette seconde partie, nous modélisons le transport de polluants à la fois sous les effets de la marée mais aussi sous l'action du vent. Pour mener une étude complète, nous avons simulé les quatre directions principales du vent dans la zone du port de Carnon :

  • Nord-Est (NE)
  • Nord-Ouest (NO)
  • Sud-Est (SE)
  • Sud-Ouest (SO)

 

    Les sous parties de cette section illustrent au cas par cas les résultats que nous avons obtenus avec les différentes directions et intensités des vents. Nous vous invitons à les consulter pour de plus amples informations sur ces forçages des trajectoires des polluants flottants.

 

 

► Synthèse des résultats

    L'illustration 50 présente un tableau récapitulatif global de l'ensemble des résultats obtenus en ce qui concerne les trajectoires des polluants flottants et les impacts des différents vents sur ces dernières. Pour chaque simulation, le tableau permet de savoir quels sont les flotteurs qui ont été évacués vers la mer et quels sont ceux qui sont restés dans l'arrière port.

    L'illustration 49 nous permet de représenter les endroits d'où sont lâchés les flotteurs :
 

Image clicable : cliquez ici pour afficher l'image en taille réelle

Illustration 49 : Numéro de chaque flotteur

 

 

Légende :

rouges  : le flotteur portant ce numéro reste dans l'arrière port et provoque une accumulation de polluant.

vert : le flotteur portant ce numéro s'est échappé de l'arrière-port et a été éliminé vers la mer.

 

Sans Vent Sud-Est Sud-Ouest Nord-Est Nord-Ouest
10 km/h 80 km/h 10 km/h 80 km/h 10 km/h 80 km/h 10 km/h 80 km/h
1 1 1 1 1 1 1 1 1
2 2 2 2 2 2 2 2 2
3 3 3 3 3 3 3 3 3
4 4 4 4 4 4 4 4 4
5 5 5 5 5 5 5 5 5
6 6 6 6 6 6 6 6 6
7 7 7 7 7 7 7 7 7
8 8 8 8 8 8 8 8 8
9 9 9 9 9 9 9 9 9
10 10 10 10 10 10 10 10 10
11 11 11 11 11 11 11 11 11
12 12 12 12 12 12 12 12 12
13 13 13 13 13 13 13 13 13

Somme des flotteurs qui restent dans le port pour chaque cas

8 8 11 9 9 8 9 8 8

Illusrtration 50 : Tableau récapitulatif pour le transport des polluants flottants

 

 

Analyse des résultats:

  • Cas sans vent

    En ce qui concerne les simulations sans vent, nous remarquons que 8 flotteurs sont restés dans la zone de simulation malgré les actions de la marée au sud et du débit au nord. Nous allons comparer ce résultat aux cas avec des vents plus ou moins intenses.

 

  • Cas avec faible vent (10 km/h), situation très courante

    Pour le cas vent faible, nous pouvons faire plusieurs commentaires grâce au tableau précédent. En ce qui concerne les trois directions Nord-Ouest, Nord-Est et Sud-Est, les résultats trouvés sont identiques à ceux issus des simulations sans vent. Une légère différence apparaît cependant dans la configuration vent de Sud-Ouest. En effet, dans ce cas là, 9 flotteurs restent dans le port en fin de simulation : c'est un de plus que dans les autres cas. Cela traduit le fait que même avec un faible vent de Sud-Ouest (10km/h), une modification courantologique apparaît : les polluants sont comme "poussés" vers l'aile droite sous les effets des forçages. Cette modification des courants engendre une forte recirculation qui fait que le flotteur numéro 9 (situé dans l'aile droite) se retrouve "piégé" dans la recirculation et n'est plus alors évacué vers la mer comme il l'était précédemment avec ce type de vent.

    De façon générale, comparé au cas sans vent, les simulations avec un vent faible (10 km/h) ne provoquent pas de grandes modifications ni sur les courants hydrauliques ni sur les trajectoires des flotteurs.

    La légère modification principales dans le cas de vent faible réside dans le fait que les trajectoires des flotteurs sont un peu allongées comparé au cas sans vent. Mais cet allongement est tout à fait relatif et les trajectoires des pollutions flottantes demeurent très courtes (quasi sur place des matières flottantes au sein du port sans évacuation possible).

 

Remarque : Dans notre simulation, les activités humaines dans l'arrière-port ne sont pas prises en compte (sorties et entrées de bateau, etc.). Ces activités influencent de façon significative les déplacements des polluants flottants.

 

  • Cas avec vent fort (80 km/h)

    Avec une telle intensité du vent, les résultats concernant les trajectoires des matières polluantes flottantes sont modifiées de façon significative.

    La différence la plus importante est observée avec le vent de direction Sud-Est : dans ce cas, il reste 11 flotteurs dans le port à la fin de la simulation, ce qui constitue un important contraste par rapport au cas sans vent où seulement 8 flotteurs restent piégés. Le vent de Sud-Est souffle fort et "piège" les polluants dans l'aile droite. Les polluants flottants se retrouvent par la suite confinés au sein de cette aile, sans pouvoir lutter contre le vent pour se rediriger vers la mer.

    Pour les autres directions du vent (Nord-Est, Nord-Ouest et Sud-Est), il n'y a pas de grande différence entre l'état vent fort et la configuration vent faible. Globalement, entre 8 et 9 flotteurs sont rejetés vers la mer dans ces cas là.

 

Remarque importante :

    Le mouvement des polluants flottants que nous modélisons est contrôlé par les courants de surface dans la simulation du logiciel TELEMAC 2D. Ces courants varient non seulement suivant les forçages extérieurs (marée+vent+débit venant de l'étang) mais aussi en fonction du temps.

    En observant l'évolution de l'établissement des courants dans l'arrière port, nous constatons que cette évolution connaît différentes phases. Durant la première heure, les variations de courants sont très aléatoires. Puis au bout de 2 heures environ, une répartition stable des courants se met en place.

    Si les flotteurs sont injectés APRES l'établissement des courants stables,seul le flotteur numéro 6 parvient à sortir de l'arrière-port. Tous les autres 12 flotteurs sont piégés dans les 2 ailes latérales. Cette observation nous permet de déduire que les flotteurs qui s'échappent (à part numéro 6) parviennent à sortir de l'arrière port AVANT la création des courants stables (donc durant la phase des courants aléatoires).

 

 

    Ainsi, la direction du vent qui entraîne le plus de pollution  par déchets flottants au sein du port de Carnon est la direction Sud-Est. Dans cette configuration, il se forme de grandes recirculations qui piègent de façon importante les polluants flottants et les empêchent de se rediriger vers la mer.

 

 

 

    Pour consulter les cas par cas de chaque direction et intensité de vent avec la pollution, veuillez cliquer les hyperliens ci-dessous:

 

 

Vent NE

 

Direction : Nord-Est (NE)

  • Intensité : 10 km/h

Illustration 51 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de NE d'intensité 10 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

  • Intensité : 80 km/h

Illustration 52 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de NE d'intensité 80 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

Interprétation :

    Nous observons sur les illustrations 51 et 52 les différentes recirculations de courants créées par les actions combinées de la marée et du vent de direction Nord-Est. Les flotteurs injectés dans le grau et dans le canal reliant l'arrière et l'avant port sont évacués sous l'action du débit venant du grau (30m3/s). En revanche, les polluants situés dans les deux ailes latérales sont piégés dans de grandes recirculations de courants qui les empêchent de partir vers la mer. Une accumulation de pollutions flottantes est donc possible et probable dans ces zones en cas de forts vents de Nord-Est.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vent NO

 

Direction : Nord-Ouest (NO)

  • Intensités : 10 km/h

 

Illustration 53 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de NO d'intensité 10 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

  • Intensités : 80 km/h

 

Illustration 54 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de NO d'intensité 80 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

Interprétation :

    Les résultats des simulations du vent faibles (10 km/h) et du vent fort (80 km/h) sont illustrés sur les deux figures 53 et 54 ci-dessus. Elles permettent d'observer des variations dans la répartition des débits et des changements dans la trajectoires des flotteurs de l'arrière-port.

 

  • Vent faible (10 km/h)

    Par rapport à la simulation sans vent, l'ajout du vent faible (illustration 53) ne modifie pas de façon importante les comportements d'hydrodynamiques dans l'arrière port et le grau. En effet, la distribution des courants est quasi identique. Cependant, de faibles différences entre les cas sans vent et vent faible sont observables à travers les trajectoires de quelques flotteurs. Notamment dans les deux ailes latérales, les débits des courants sont un peux plus fort que dans le cas sans vent et à ces endroits, les trajectoires parcourues par les flotteurs sont légèrement plus grandes que dans le cas avec l'action de la marée seulement. En revanche, dans le grau et à proximité, aucune différence entre les deux cas est observable : les trajectoires des flotteurs sont similaires, ils se dirigent de façon rectiligne vers l'avant port et donc vers la mer.

 

  • Vent fort (80 km/h)

    Maintenant nous modélisons l'action d'un vent fort sur le transport de pollution flottante. L'illustration 54 nous permet de visualiser les nouvelles trajectoires des polluants au sein du port. De grandes différences avec le cas précédent sont apparues :

    - dans les deux ailes latérales, nous observons de très importantes zones de recirculation des courants. Elles sont beaucoup plus grandes que dans le cas vent faible et piègent d'autant plus les polluants dans ces zones. 

    - dans le grau et dans le canal reliant avant et arrière port, les polluants sont encore une fois éliminés avec la configuration vent fort.

 

 

 

 

 

Vent SE

 

Direction : Sud-Est (SE)

 

 

 

  • Intensité : 10 km/h

 

Illustration 55 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de SE d'intensité 10 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

  • Intensité : 80 km/h

 

Illustration 56 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de SE d'intensité 80 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

Interprétation :

  • Vent faible de 10 km/h

    L'illustration 55 permet de représenter l'étude menée avec un vent d'intensité égale à 10 km/h correspond à une 'très légère brise' qui est le vent le plus souvent rencontré au port de Carnon. En comparaison avec la simulation sans vent, il est intéressant de noter que les trajectoires des flotteurs injectés dans l'arrière-port n'ont pratiquement pas subit de modifications. Les différences principales résident dans l'allongement des trajectoires des flotteurs dans les ailes latérales.

 

  • Vent fort de 80 km/h

    L'illustration 56 permet de représenter l'étude faite avec un vent d'intensité 80 km/h qui simule un 'fort coup de vent'. C'est un type de vent qui a rarement lieu dans la région du port du Carnon. Cependant, comme le montre à l'illustration, il engendre des courants très différents des cas précédents. En effet, plusieurs recirculations sont maintenant établies au sein des 2 ailes latérales de l'arière port et "piègent" les polluants flottants. Ces courants ont des formes circulaires et adoptent des diamètres variables. En revanche, ce vent ne modifie pas les courants établis dans le grau, où l'écoulement se fait de façon rectiligne vers la mer avec un débit de 30 m3/s .

 

 

 

 

 

 

 

Vent SO

 

Direction : Sud-Ouest (SO)

 

 

  • Intensité : 10 km/h

 

Illustration 57 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de SO d'intensité 10 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

  • Intensité : 80 km/h

Illustration 58 : Résultats avec les forçages de la marée et d'un vent de SO d'intensité 80 km/h

(Trajectoires des flotteurs: lignes rouge ; Débits des courants : en couleur )

 

Interprétation :

    Les illustrations 57 et 58 montrent les trajectoires des 13 pollutions flottantes que nous avons simulées. Cette fois ci, ce sont les vents de direction Sud-Ouest de 80 km/h et de 10 km/h sont modélisés dans notre étude.

Lorsque le vent à 10 km/h est imposé, la modélisation illustrée par l'illustration 57 ne permet pas de voir de grandes différences comparé au cas sans vent.

    En revanche, lorsqu'un vent fort est simulé, nous observons des différences importantes dans la trajectoire des pollutions, en comparaison avec le cas sans vent.

   En effet, au sein des deux "ailes "de l'arrière port, la pollution effectue de grandes reciculations de formes circulaires : les matières flottantes tournent sous les effets combinés de la marée, du débit venant du grau et du vent. Mais ces larges recirculations ne permettent tout de même pas d'éliminer complètement la pollution vers la mer : encore ici, les matières flottantes restent concentrée dans les "ailes".

    Il est aussi à noter que les pollutions flottantes situées dans le grau et dans le canal qui relie l'arrière et l'avant port sont dans ce cas aussi transportées vers l'avant port pour y être éliminées vers la mer.

 

Résumé :

    Ainsi, les matières flottantes telles que le bois, le plastique et les nappes d'hydrocarbures, contenues dans les "ailes "de l'arrière port sont coincées dans zones mortes et adoptent des trajectoires circulaires sans échappatoire possible. Cependant, les matières flottantes situées dans le grau sont transportées vers la mer grâce au débit de la frontière du nord.

 

 

Solutions pour lutter contre la pollution

 

► Prise de conscience de cette problématique et législation en vigueur

 

    La problématique de la pollution dans les milieux portuaires est un véritable enjeu environnmental pour les années à venir. Une prise de conscience de cet aspect a eu lieux depuis une vingtaine d'année et depuis lors, des décrets et des lois ont été votées afin de légiférer et d'encadrer les actions visant à luter contre la pollution.

 

    Le décret n° 2003/920 du 22 septembre 2003, prévoit que chaque port mette au point et suive un plan de réception et de traitement des déchets d’exploitation des navires et des résidus de cargaison.

    De même il existe une directive (n° 2000/59/CE) du Parlement Européen et du Conseil en date du 27 novembre 2000, qui est relative aux installations de réception portuaire pour les déchets d’exploitation des navires et des résidus de cargaison. Cette dernière a été transposée en droit français par l’article 14 de la loi 201-43 du 16 janvier 2001.

 

    L'ensemble de ces lois et décrets est très récent comme le souligne les dates de parrution de ces articles. Elles visent à renforcer la protection du milieu marin en réduisant les rejets de déchets d’exploitation des embarcations ainsi que tous déversements illicites en mer. Ainsi, le but final de ces lois est l’amélioration de la disponibilité et de l’utilisation des installations de réception portuaires de déchets.

 

► Action en faveur de l'environnement du port de Carnon

 

    Afin de lutter contre la pollution au sein du port, la mairie et le port de Carnon ont mis en place différentes actions qui ont pour but de réduire significativement la pollution au sein du port.

 

    Cela a permis au port d'obtenir les distinctions suivantes en matière de qualité des eaux :

  • Le port de Carnon est lauréat depuis de nombreuses années consécutives des Pavillons Bleus d’Europe pour ses efforts permanents en matière environnementale.

 

  • Il a de même obtenu le «Trophée de l’Escale » 2005.

 

  • En outre, il s’est engagé dans la démarche « Ports Propres du Languedoc-Roussillon » et répond à tous les critères impératifs de cette charte.

 

Illustration 59 : Port de Carnon

 
► Configuration du port :

 

     En premier lieu, voici quelques données pour comprendre la configuration du port :

    Comme vu dans les pages précédentes, le port de Carnon comporte un avant-port et un arrière-port reliés par un canal.

    Le port de Carnon présente de plus plusieurs installations pour entretenir les bateaux et les ravitailler en hydrocarbure :

  • 2 aires de carénage
  • 1 station d’avitaillement en carburant

    Ces installations sont des sources potentielles de pollution de part leurs fonctionnalités propres et sont donc à surveiller. Pour lutter contre cette éventuelle pollution, plusieurs actions ont été mises en place. Nous les détaillerons dans le paragraphe suivant.

 

 

► Actions pour lutter contre la pollution dans le port :

    L'illustration 60 présente le plan de collecte des déchets divers susceptibles d'être récupérés (notamment durant les mois d'été où la population augmente fortement à cause du tourisme) paar le port de Carnon.

 

Plan de collecte des déchets du port de Carnon, cliquez sur l'image pour afficher la taille réelle

Illustration 60 : Plan de lutte contre la pollution du port de Carnon

Source : http://www.mauguio-carnon.com/files/mauguio_carnon/cote_mer/22.pdf

 

 

 

 

    Différentes procédures ont été mises en place pour lutter contre les trois types de pollution que nous avons simulées, par exemple :

 

 

Afin de réduire la nuisance de pollution due aux bactéries E.Coli, des blocs sanitaires ont été installés tout autour du port en nombre important.

 

Les moyens mis en oeuvre pour limiter les rejets d'hydrocarbure et d'huile au sein du port ont été les suivants :

  • Le port de Carnon offre de la possibilité de d’aspirer directement les eaux résiduelles des fonds de cale des bateaux et les eaux usées sur l'aire d'avitaillement. Elles sont ensuite traitées dans un séparateur avant d'être rejetées dans le milieu.

 

  • Au sein des aires de carénage, le port de Carnon, engagé dans la démarche « Ports Propres » depuis 2001, met à disposition sur chaque aire de carénage une mini-déchetterie pour la collecte des déchets nautiques : batteries, huiles de vidange, toxiques liquides et solides, anodes sacrificielles, accastillage vétuste... Cela permet d'éviter les dépôts intempestifs dans le port ou sur les rives.

 

Pour éviter le grand dépôt de zinc, des zones pour récupérer les anodes sacrificielles usagées ont été développées. Cela permet de réduire en partie la pollution du port en zinc dissous. Le port de Carnon offre également la possibilité de stocker son bateau à terre, ce qui permet d'éviter tout contact entre la coque et l'eau lorsque le navire n'est pas utilisé, comme montré sur l'illustration 61. Ainsi, les impacts sur l'environnement sont très quasiment inexistants : pas de rejets de zinc ni de cuivre durant les moments où le bateau n'est pas en mer.

 

Illustration 61 : Solution du stockage à terre : permet d'éviter les dépôts de matières métalliques dans le port

Source : http://www.mauguio-carnon.com/1-39322-Stockage-a-terre.php

 

Innovations envisageables

 

Pour éviter les trop grandes concentrations en nitrites/nitrates, il existe certaines méthodes de piégeage d'anions. Par exemple, le procédé TRAINIT se base sur des matériaux de synthèse de types hydroxydes doubles lamellaires. Ce sont des matrices cristallines principalement à base de magnésium et de calcium dont chaque motif a une structure octaédrique.

 

Illustration 62 : Procédé TRAINIT

Source : www.technicites.fr/PAR_TPL_IDENTIFIANT/63021/TPL_CODE/TPL_ACTURES_FICHE/PAG_TITLE/Recherche+%3A+pi%E9ger+les+nitrates+dans+les+eaux/1415-actualite-reseau-urbanisme.htm

 

    Les nitrites et les nitrates se retrouvent piégés dans cette structure, comme représentée sur l'illustration 62. La structure représentée est vue de face : nous voyons 4 faces, sachant qu'il y en 4 autres de l'autre côté du plan. Les anions sont naturellement attirés dans la matrice, car ils permettent d'établir l'électroneutralité de la structure. Bien sûr la mer étant constituée d'une multitude d'anions, d'autres anions (et pas seulement $NO_3^- / NO_2^-$) seront récupérés sur la matrice.

 

Il existe des bactéries de la famille de Pseudomonas qui utilisent les nitrates à la place de l'oxygéne pour vivre. Elles permettent de dénitrifier le milieu considéré et relâchent à la place du diazote gazeux. Cependant ces bactéries sont dangereuses pour l'homme et peuvent engendrer des infections. Il n'est ainsi pas envisageable d'utiliser de telles bactéries dans un port pour réduire la concentration en nitrates. En revanche, il est envisageable de trouver des bactéries qui reproduisent le même type de phénomène (consommation du nitrate)  sans que celles-ci soient dangereuses pour l'homme.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Conclusions et perspectives

Conclusion sur l'étude courantologie et qualité

 

    En ce qui concerne les résultats de notre étude, nous sommes arrivés à plusieurs conclusions dans les domaines courantologiques et qualité de l'eau.

 

► Aspect courantologique

    Dans l'étude courantologique, un aspect important de l'étude était la configuration (ouverte ou fermée) du barrage "Porte de Carnon" situé entre l'étang de l'Or et le port de Carnon. Nous avons donc étudié nos simulations de façon à savoir dans quel cas l'on se situait.

    En cas de marée seule, nous avons observé au sein du grau une alternance de cycles de hauteur d'eau comme attendu. Ces hauteurs d'eau basses permettent de laisser ouvert le barrage sachant que les courants sont toujours orientés du grau vers la mer dans ce cas.

    Puis nous avons ajouté le vent, dans différentes directions. Et là nous avons obtenus des résultats intéressants : lorsque le vent vient du Nord, la côte au barrage est basse (inférieure à +35 cm) et permet de laisser ouvert le barrage. Mais quand le vent souffle depuis le Sud (et donc de la mer vers les terres), le niveau d'eau monte et à ce moment là, le barrage est parfois amené à se fermer. Une fois que le barrage se ferme, les courants dans le grau connaissent des alternances de direction, en suivant le flux et le reflux de la marée.

    Enfin lorsqu'une surcote due à une dépression est ajoutée à la simulation, nous observons que le barrage se ferme automatiquement que l'on ait du vent ou non.

 

► Aspect qualité de l'eau / transport de pollution

    En ce qui concerne les aspects qualité de l'eau et transports de polluants, nous avons mené notre étude sur trois principaux types de pollution : les pollutions flottantes, les pollutions chimiques dissoutes et celles organiques (sachant que ces deux  dernières parties on été étudiées ensemble à travers le transport des nitrates).

    Pour le transport des matières polluantes flottantes, diverses configurations ont été étudiées : avec ou sans vent. Le principal résultat de notre analyse est que le vent le plus contraignant en matière de pollution est le vent de Sud-Est. En effet, il entraîne un "piégeage" accrut des pollutions dans les deux ailes de l'arrière port.

    Pour ce qui est des pollutions chimiques et organiques, nous avons focalisé notre étude sur le transport des nitrates. Le résultat auquel nous sommes arrivés est le suivant : les pollutions dissoutes ont une forte tendance à s'accumuler au sein de l'aile Est du port de Carnon, alors que l'aile Ouest est très peu polluée par les nitrates, cela quelle que soit la direction du vent.

    Finalement, nous avons achevé notre étude en faisant un état des lieux des moyens mis en place à Carnon pour lutter contre la pollution de la zone, mais aussi en proposant des solutions innovantes pour aller plus loin dans cet objectif crucial.

 

 

 

 

 

 

Nos Contacts extérieurs

 

    Afin de mener à bien ce projet de fin d'étude, nous avons eu de nombreux échanges avec nos contacts extérieurs. Nous les remercions chaleureusement pour leurs présence et leurs conseils.

 

  • Jacques Piallat

Responsable de projets à Egis Eau Monpellier

  • Nathalie Vazzoler

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