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.