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.