Ecole Doctorale

Sciences de l'Environnement

Spécialité

Sciences de l'environnement: Océanographie

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

zone mésotidale,Méthodes inverses d'assimilation,Océanographie côtière,Barrière corallienne,

Keywords

Inverse methods of assimilation,numerical simulation,Coastal oceanography,Mesotidal zone,

Titre de thèse

Etude de la circulation hydrodynamique d'un lagon étroit de Nouvelle-Calédonie et utilisation d'algorithme stochastique pour l'identification de paramètres
Study of hydrodynamic circulation of a narrow neocaledonian lagoon and use of stochastic algorithm for parameters identification

Date

Friday 19 November 2021 à 9:00

Adresse

Bât. Méditerranée, Campus de Luminy-Océanomed, 13009 Marseille Salle Egée

Jury

Directeur de these M. Jean-luc DEVENON Aix Marseille Université
Rapporteur M. Sylvain OUILLON LEGOS, Université Paul Sabatier
Rapporteur M. Alexei SENTCHEV Université du Littoral – Côte d'Opale
Directeur de these Mme Cristèle CHEVALIER Mediterranean Institute of Oceanography
Examinateur Mme Melika BAKLOUTI Mediterranean Institute of Oceanography
Examinateur M. Philippe BONNETON Université Bordeaux 1 ; CNRS ; UMR 5805 EPOC

Résumé de la thèse

Dans cette thèse, j'ai étudié l'hydrodynamique du lagon de Ouano en Nouvelle-Calédonie. Pour ce faire, j'ai implémenté un nouvel algorithme d'identification de paramètres. Le déferlement des vagues sur la barrière corallienne et les marées dominent l'hydrodynamique du lagon de Ouano. Je voulais évaluer leur impact relatif sur l'échange d'eau avec l'océan. Plusieurs études ont été menées dans le lagon auparavant. Je me base sur leur résultats pour la circulation et les outils de modélisations qu'elles ont mis en place dans ma thèse. Notamment, je réutilise le modèle CROCO ( Coastal Regional Ocean COmmunity) de C. Chevalier. J'utilise aussi des données récoltées dans le lagon en 2016. Malgré ces travaux préalables, il reste des incertitudes sur la quantité d'eau amenée dans le lagon par le déferlement des vagues et la marée. De plus, la paramétrisation du déferlement, de la friction sur le récif et les conditions aux bords de marée sont incertaines dans le modèle numérique. Pour améliorer ces paramétrisations, ou même d'autres paramètres, j'ai implémenté et testé un nouvel outils. Cet outil était un algorithme stochastique d'identification de paramètres, l'algorithme Simultaneous Pertubations Stochastic Approximations (SPSA). Nous avons d'abord testé différentes versions de l'algorithme dans des environnements controlés, et notamment avec un modèle de turbulence unidimensionnel. J'ai ensuite utilisé cet algorithme pour identifier des conditions aux bords avec un modèle tidal linéaire du lagon de Ouano. Enfin, j'ai utilisé l'algorithme pour étudier l'impact du déferlement des vagues sur les courants mesurés comme des courants de marée dans le lagon de Ouano. J'ai montré que les courants de marée et de déferlement pouvaient être confondus dans le lagon de Ouano. Une partie des courants dus au déferlement acquiert une fréquence de marée à cause de la modulation du niveau d'eau sur le récif. J'ai étudié cette modulation et l'impact qu'elle avait sur les mesures de phass et de vitesse de courants de marée dans le lagon. Le modèle de turbulence pourrait être utilisé pour étudier le cisaillement vertical des courants avec une fréquence de marée derrière le récif. Cela nous aidera à différencier encore plus finement les courants de marée des courants dus au déferlement, bien qu'ils aient parfois la même fréquence. Le modèle linéaire de marée pourrait être utilisé pour améliorer les conditions aux bords du modèle CROCO, plus réaliste. Le travail présenté ici a amené à plusieurs publications: Deux papiers ont été publiés et un a été soumis. L'algorithme SPSA a été implémenté sur un superordinateur et codé de façon à pouvoir être utilisé dans d'autres contextes. Nous avons d'ailleurs utilisé ce code avec un autre modèle biogéochimique.

Thesis resume

In this thesis, I have studied the hydrodynamics of the Ouano coral lagoon in New Caledonia and implemented a novel parameter identification algorithm to do so. Wave-breaking and tides dominate the Ouano lagoon; I wanted to evaluate their impact on the lagoon flushing. Several studies have been done in the lagoon before. I rely on both their findings for the circulation and their tools for the modeling, namely the CROCO ( Coastal Regional Ocean COmmunity model) of C. Chevalier. I also have used data collected in 2016 in the lagoon. However, some uncertainties remained on the amount of water brought by the tides and the wave-breaking in the lagoon. Also, the parametrization of the wave-breaking friction coefficient and the tidal boundary conditions in the numerical model was uncertain. I implemented and tested a tool to improve those parametrizations or other model parameters. This tool was a stochastic parameter identification algorithm, the Simultaneous Perturbations Stochastic Approximations (SPSA) algorithm. We first tested different variants of the algorithm in a controlled environment and with a 1-D turbulence model. Then I have used this algorithm to identify boundary conditions with a linear tidal model of the Ouano lagoon. Finally, I have used the algorithm to study the impact of the wave-breaking on the measurement of tides in the Ouano. I have shown that the wave-breaking and tidal currents could be confused in the Ouano lagoon. Some of the wave-breaking currents acquire a tidal frequency because of the modulation by the tides on the reef. I have studied this modulation and how it modified what is measured as tidal currents in the lagoon. The turbulence model could be used to understand the vertical shear of currents with a tidal frequency behind the reef. This would help discriminate the tidal from the wave-breaking currents, even though they have the same frequency. The linear tidal model could be used to improve the boundary conditions for the more realistic CROCO model. This work has led to several publications: Two papers have been published and one has been submitted. The SPSA algorithm has been implemented on a supercomputer and coded in a ready-to-use package. We have used the package with a biogeochemical model.