Empirical modeling of beach evolution combining cross-shore and longshore processes

Modélisation empirique de l'évolution des plages intégrant les processus cross-shore et longshore Les côtes sableuses sont des environnements très dynamiques soumis aux risques d'érosion et de submersion marine, constituant une menace pour les populations et les activités économiques côtières : ainsi des méthodes et des outils sont nécessaires pour répondre aux problématiques liées à ces risques côtiers, et notamment des modèles permettant de prédire l'évolution future du trait de côte aux échelles de temps saisonnières à décennales et aux échelles spatiales allant d’une plage à régionales.Ce travail de thèse est axé sur l'amélioration des performances d'approches empiriques basées sur une représentation simplifiée des processus physiques dominant, notamment en couplant un modèle longshore “one-line” avec un modèle cross-shore d'équilibre. L'objectif est d'améliorer les compétences de prédiction des modèles cross-shore pour de longues échelles de temps (de décennale à centennale) et d’étendre leur application à une plus grande diversité de configurations hydrodynamiques et géomorphologiques, y compris les côtes potentiellement plus dominées par les processus longshore.Le modèle empirique d’équilibre de changement du trait de côte de Yates et al. (2009), modifié par Lemos et al. (2018) est utilisé pour modéliser les processus cross-shore, et une approche simple one-line est utilisée pour modéliser les processus longshore.Le modèle couplé est mis en œuvre, validé et analysé sur la plage de Narrabeen (Australie) où de nombreuses études et données sont disponibles.Une analyse de sensibilité aux erreurs dans les conditions de forçage des vagues est effectuée sur le modèle longshore, et une sensibilité importante aux biais dans la direction des vagues est mise en évidence. Une méthode est proposée pour corriger un comportement du modèle one-line déjà constaté précédemment, générant un changement dans l'orientation de la côte qui n'est pas observé dans les observations, en supposant qu'il est dû à des biais dans la direction du forçage par les vagues. En utilisant une approche de Monte Carlo, un set de biais de direction de vague relativement faible est trouvé, qui corrige la réorientation de la côte dans le modèle.Ensuite, 7 modèles combinés, utilisant différentes manières de coupler le modèle cross-shore, le modèle longshore et un terme de tendance linéaire, sont mis en œuvre et testés à Narrabeen Beach pour évaluer la capacité du modèle à reproduire la position du trait de côte à différentes échelles temporelles. Trois critères sont utilisés pour cette intercomparaison, basés sur l'échelle de temps à laquelle la capacité du modèle à reproduire la variabilité du trait de côte est évaluée : aux échelles temporelles courtes (~mensuelle), moyenne (saisonnière) et longue (pluri-annuelle).Enfin, dans l'objectif d'étendre l'échelle de temps des prévisions de changement du trait de côte en utilisant des modèles empiriques tels que le modèle couplé présenté ici, 3 méthodes existantes pour prédire le changement du trait de côte à long terme (de 10 à 100 ans) ont été testées sur la plage de Vougot (France) pour examiner les différences entre les méthodes existantes, ainsi que les incertitudes de ces prévisions. Ces travaux mettent en évidence les incertitudes importantes et la complexité de générer des conditions de forçage à long terme, qui incluent l'impact potentiel du changement climatique, lors de la réalisation de prédictions à long terme. Ils soulignent également la nécessité d'améliorer les méthodes utilisées pour prendre en compte les changements de niveaux d'eau dans le modèle de changement de trait d'équilibre à l'équilibre.