Le système Delft 3D
DELFT3D est un système logiciel proposé par Delft Hydraulics, et reposant sur un maillage structuré.
La houle
Le logiciel SWAN a été développé par la Delft University of Technology (Pays Bas). Il s’agit d’un modèle de troisième génération, dédié à la propagation spectrale des états de mer, où l’équation de transport de l’action d’onde est entièrement résolue, sans imposer la forme spectrale de la densité d’énergie. Le modèle SWAN et sa notice sont téléchargeables, à titre gracieux, sur le site http://fluidmechanics.tudelft.nl/ Les processus qui peuvent être pris en compte par le modèle sont les suivants :
- réfraction et shoaling dus à des variations spatiales du fond et des courants,
- diffraction approximée (avec omission de l’information de phase), qui ne permet pas de traiter des problèmes où existent de forts gradients de hauteur de houle,
- blocage et réflexion par des courants opposés à la houle,
- apport d’énergie par le vent,
- dissipation d’énergie par moutonnement et déferlement bathymétrique,
- frottement sur le fond,
- interactions non-linéaires entre les différentes composantes spectrales.
Le courant
La version bidimensionnelle du logiciel Delft3D-Flow résout les équations classiques de Saint-Venant en tenant compte du frottement sur le fond, de l’effet des événements météorologiques (vent et gradient de pression atmosphérique), de la force de Coriolis, de différentes modélisations de la turbulence de l’écoulement et de la variation de géométrie du domaine au cours du temps (zones couvrantes et découvrantes au cours de la marée). Il permet également de calculer les courants littoraux en prenant en compte les contraintes de radiation dues à la houle dans la zone de déferlement. Deux caractéristiques intéressantes sont spécifiques à ce code :
- la possibilité de calculer l’intensité du mouvement hélicoïdal induit par la courbure en plan de l’écoulement,
- la considération de processus complémentaires liés à la houle : le courant de masse dans la houle, la production de turbulence induite par le déferlement et le « streaming », courant induit par la houle dans la couche limite.
La version tridimensionnelle du logiciel prend prise en compte de variation de densité (due à la salinité, à la turbidité ou autre) ainsi qu’un maillage vertical utilisant la « sigma-transformation » ; celle-ci permet de travailler sur un maillage transformé fixe et uniforme malgré la variation spatiale de la bathymétrie et de la surface libre, et la variation temporelle de cette dernière.
Le transport de sédiments et la morphodynamique
Le module côtier Delft3D-Online évalue le transport de sédiments non cohésifs sous l’action combinée de la houle et du courant, puis en déduit l’évolution des fonds à partir de l’équation de conservation des sédiments (le bilan entre les flux sédimentaires entrant et sortant d’une cellule détermine le rythme d’évolution des fonds dans cette cellule). Ce module peut être utilisé dans les modes tridimensionnel, bidimensionnel vertical (2DV) ou bidimensionnel horizontal (2DH). Différentes formulations du transport solide sont implémentées dans ce module du système logiciel Delft3D ; la plus complète et la plus élaborée, utilisée par défaut, est TRANSPOR2004. Dans celle-ci, le transport par charriage sous l’action de la houle et du courant est évalué par une approche quasi-stationnaire, à l’aide d’une formule empirique, en intégrant le transport instantané sur le cycle de houle. L’estimation du transport en suspension distingue la composante liée au courant seul et la composante liée à la houle. La première est estimée par un modèle vertical de convection-diffusion, et la seconde par une formulation semi-instationnaire qui tient compte, au moyen d’un paramètre ajusté, du retard de phase entre vitesses et concentrations. La rugosité de forme, paramètre essentiel pour ces estimations, fait l’objet d’une procédure de prédiction par le modèle.