Aménagement et protection du rivage de Jijel

Conclusion:

Le front de mer de Jijel est un rivage vulnérable par rapport aux attaques hydrodynamiques d'une part et par rapport à la pression anthropique d'autre part .les données récoltés le concernant nous permettrons de faire une série d'études et d'analyses afin de déterminer le type de protection et d'aménagement approprié pour la sauvegarde et la mise en valeur de notre site.

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CHAPITRE II :

MATÉRIELS , MÉTHODES ET

DISCUSSIONS DES RESULTATS

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

Dans le présent chapitre ; nous nous sommes basés sur les données générales récoltés sur notre zone d'étude afin d'effectuer nos études ; pour les méthodes utilisées nous nous somme référer à ce que nous avons acquis pendant notre cursus ainsi que sur les méthodes utilisées au LEM.

1. Etude bathymétrique :

Les travaux faits par le LEM sur le terrain ont consisté en un levé bathymétrique de la zone d'étude, les mesures ont été exécutées sur 18 radiales allant vers le large et perpendiculaires à la côte ainsi que sur un maillage plus serré au niveau de la côte ; pour les levés topographiques ils ont été réalisés par triangulation basés sur 36 points de mesure in-situ (fig. 6)

Le levé a été réalisé par le LEM au mois d'octobre 2012 dans le cadre de la mission de reconnaissance du site. Ce levé couvre les fonds de la côte jusqu'aux profondeurs dépassants les -16 m.

Figure n°6 : Carte des stations et radiales suivis lors des mesures bathymétriques

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

1.1. Mode opératoire

Le levé bathymétrique consiste à déterminer les coordonnées tridimensionnelles des points du fond marin dans le système géodésique WGS84 à l'aide d'un récepteur GPS et d'un échosondeur.

Le récepteur GPS cinématique en temps réel (RTK ; Real Time Kinematic) permet de mesurer un point à une précision inférieure à cinq centimètres (<5 cm). Cette précision verticale permet de déterminer les corrections du niveau de l'eau (corrections des marées). Pour la réalisation de cette tâche par GPS, il a été procédé à la mise en place du système suivant :

L'embarcation est équipée d'une caisse métallique et d'un support vertical fixé sur le côté, qui maintient à la base le transducteur de l'échosondeur et en tête l'antenne GPS

L'échosondeur calcule la profondeur à partir des mesures effectuées par le transducteur, le résultat de ces deux opérations aboutit à la connaissance des coordonnées du point bathymétrique mesuré.

1.2. Exploitation de données récoltées:

Les données fournies par le LEM sont regroupées dans le tabloïde Excel ; ils regroupent les coordonnées métriques ainsi que la profondeur qui vont être utilisées pour l'élaboration de la carte bathymétrique 2D et 3D ainsi que des profils (de la côte vers la plage sous-marine), ceci à l'aide du logiciel Surfer 11

1.3. Description du logiciel:

Surfer : conçu par Golden Software, vous permet de réaliser des modèles numériques de terrain(MNT) issus des données récoltées sur le terrain ou résultantes d'un calcul .Le principe de Surfer est le suivant: le logiciel permet de créer des grilles qui vont interpoler les données irrégulières des points x,y,z afin de les ordonnées. C'est à partir de ces grilles qu'on pourra créer plusieurs types de cartes: basemap, contourmap, 3Dsurface, vector et bien d'autres...

1.4. Manipulation:

1- Préparer les données bathymétriques et topographiques dans une feuille d'Excel dans un tableau à 3 colonnes : latitudes, longitudes et profondeurs, respecter les valeurs négatives pour la bathymétrie et positives pour la topographie, ainsi que le format : mettre des virgules non pas des points et surtout s'assurer de la compatibilité entre la version utilisée de l'Excel avec celle du Surfer.

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2- Créer une grille en allant dans : Grid => Data et parcourir le fichier Excel puis cliquer sur ok.

NB : le choix des colonnes doit être vérifié, de sorte que le X pour les latitudes, Y pour les longitudes et Z pour la profondeur. On doit aussi vérifier le choix de la méthode d'interpolation.

3- Une fois la grille est créé, aller dans « Toolbar Options »

4- Maintenant pour obtenir les cartes d'isobathes en 2D cliquer sur l'icône en vert et parcourir la grille obtenue en 2 et pour les cartes bathymétriques en 3D cliquer sur l'icône entourée de rouge. Enfin pour localiser les stations de mesure, cliquer sur l'icône en bleu et là on doit parcourir le fichier Excel directement et les stations apparaissent.

NB : Apres la création des cartes ; on va choisir le système de projection qui est: l'UTM ainsi que le système de coordonnées (Datum) : le WGS 84

5- Pour tracer les profils ; sur la carte bathymétrique obtenus on fait un clic droit > add > profil ; ensuite on fait glisser le curseur de la côte vers le large en s'assurant que le profil soit perpendiculaire à la côte.

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1.5. Résultats

1.5.1.La morphologie sous-marine:

Figure n°7: Carte bathymétrique en 2D de la zone de Beaumarchais (Jijel)

La carte bathymétrique résultante (fig.7) nous permet de voir que notre zone présente une bathymétrie irrégulière, cette irrégularité est caractéristique des fonds rocheux; on remarque que les isobathes du coté Est sont très serrés ce qui définit un profil à pente raide. Dans la partie centre, les isobathes sont serrés jusqu'à -6m et ce n'est qu'à partir de -7m que les équidistances entre les isobathes augmentent et ils deviennent plus réguliers traduisant une pente plus douce. À l'ouest les isobathes se resserrent pour définir une pente un peu plus abrupte qu'au centre et moins raide qu'à l'Est.

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1.5.2.Les profils

Pour détailler l'évolution et les caractéristiques morphologiques sous-marines et avoir des données plus concrètes à visualiser nous avons réalisé des profils ; 3 perpendiculaires à la cote et 2 parallèles à cette dernière (fig. 8)

Figure n°8 : Carte bathymétrique et le tracé des profils dans la zone d'étude

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A. Profils perpendiculaires

Profil 1 :

Figure n°9 : Profil sous-marin n°1

Le profil montre des irrégularités sur le fond, on observe une pente très abrupte d'environ 13% allant jusqu'à -4m suivie d'une surélévation qui diminue le tirant d'eau à 2m, la pente en avale va jusqu'à -12 m avec une pente de 30% le fond s'étend de 70m à -12m pour laisser place à une pente plus douce jusqu'à -17m.

Profil 2 :

Figure n°10 : Profil sous-marin n°2

Le profil trace un fond très régulier divisé en 2 parties, la 1^ere partie près de la côte présente une pente de 10% qui s'arrête au voisinage de 6m de profondeur; la 2^eme partie débute à 50m de la côte avec une pente douce de 2.4%.

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Profil 3 :

Figure n°11 : Profil sous-marin n°3

Le profile définit un fond irrégulier peu profond avec des surélévations ; on observe qu'au niveau de la cote il existe une petite fausse de 1.5m ; juste derrière la fausse une pente atteignant les 7m de profondeur laisse place à un fond a pente douce qui est suivis d'ondulations donnant naissance à un dôme asymétrique a 320m de la cote d'une hauteur d'environ 3m et qui remonte jusqu'-5m.

B. Profiles parallèles

Profile 4 :

Ouest

Est

Figure n°12 : Profil sous-marin n°4

Le profil a été tracé à une distance moyenne de 150m ; on remarque que notre zone d'étude présente un fond irrégulier diffèrent de l'ouest vers l'est. On remarque que la partie ouest est caractérisé par un fond pas trop profond d'une largeur moyenne de 220m, il présente une rupture avec la partie centre par une pente raide suivie par un fond relativement plat d'une largeur moyenne de 450m.

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Profil 5 :

Ouest

Est

Figure n°13 : profil sous-marin n°5

Le profile 5 a été tracé a une distance moyenne de 310m de la cote ; on remarque que la profondeur s'accroit de l'ouest vers l'est en formant une pente moyennement abrupte.

Le model 3D (fig. n°14) nous permet de visualiser et de récapituler les observations et les commentaires fait sur la morphologie sous-marine en nous basant sur la carte en 2D et les profiles transversaux et longitudinaux.

Figure n°14: Carte bathymétrique de la région de Jijel (Rivage du Beaumarchais) en 3D

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2. Evolution du trait de côte:

Le trait de côte est une courbe/ligne représentant l'intersection de la terre et de la mer ; il peut être aussi considéré comme étant la limite entre la terre et la mer.

La côte subit l'érosion qui est un phénomène naturel accentué par l'activité anthropique qu'on observe partout dans le monde.

Le trait de côte n'étant régulier ni dans sa forme, ni dans sa structure. Pour son suivi dans notre zone d'étude ; nous avons utilisé des images satellitaire de Google Earth allant de 2006 à 2015 (2006 ; 2007 ; 2008 ; 2011 ; 20013 ; 2014 ; 2015) avec lesquelles on a pu digitalisé la ligne de côte pour les 7 années et ce en utilisant le Mapinfo .

2.1. Description du logiciel:

MapInfo Professional est un SIG crée aux USA. C'est un logiciel qui permet de réaliser des cartes en format numérique. Il est conçu autour d'un moteur d'édition de cartes qui permet la superposition de couches numériques. Il permet de représenter à l'aide d'un système de couches des informations géo-localisées : points, polygones, image raster ... Il incorpore un grand nombre de formats de données, de fonctions cartographiques et de gestion de données... Un système de requêtes cartographiques adapté permet la conception des cartes et bases de données cartographiques.

MapInfo Professional est un logiciel destiné aux chargés d'étude et d'aménagement littoral et territorial, aux chargés d'études d'implantation, de géomarketing, aux analystes des réseaux physiques et commerciaux.

2.2. Manipulation:

1- Aller sur google earth cadrer notre zone d'étude en prenant le soin d'élargir un peut les limites.

2- Choisir 4 points sur la zone pour lesquels on retiendra les coordonnées métriques

3- Fixer l'échelle qui nous arrange

4- Aller vers l'historique pour ressortir toutes les images existantes de notre zone d'étude tout en respectant l'échelle de départ

5- Enregistrer l'image

6- On ouvre le Mapinfo (nous avons travaillé avec le Mapinfo professionnel 11.0)

7- Ouvrir>image raster; on choisit l'image capturé sur Google Earth.

8- Une fenêtre apparaitra ou il sera affiché Display/Register. on choisit Register : géo référencier. On définit la projection UTM et le Datum WGS 84 ; on sélectionne les 4 points marqués un a un, pour chacun d'eux on introduit le X et le Y

9- Pour digitaliser le trait de côte on va vers >Créer nouvelle table> structurer nouvelle table> introduire x, y et z en type flottant > projection : UTM WGS 84 Zone31 hémisphère nord

10- Une fois la table crée; on va vers l'icône du polygone ; on clique ; puis on commence à digitaliser en suivant le trait de côte.

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

11- On fait la même manipulation pour chaque année

12- On affiche en dernier l'image satellite de Google Earth la plus récentes et en superpose
les lignes digitalisées en différentes couleurs afin de les différencier.

On pourra donc avoir une visualisation de l'évolution du trait de côte d'une manière plus concrète.

2.3. Résultats:

Les lignes de côte regroupées nous ont permis d'obtenir le support visuel suivant (fig.15) 2.4. Interprétation:

En superposant les 7 profils on aperçoit que le trait de côte est statique durant ces 9 dernières années; ce comportement est naturel ; la zone ne connait pas une érosion ; car la cote étudiée est rocheuse.

Toute fois on remarque que la petite baie présente à l'Est du front de mer a connu ces 3 dernières années une avancé du trait de côte caractérisée par une accumulation ; ceci pourrait être expliqué par le piégeage du sédiment allant de l'est vers l'ouest.

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Figure n°15 : évolution du trait de côte entre 2006 et 2015

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3. La réfraction:

3.1. Définition de la réfraction

La réfraction des vagues est une figure essentielle du comportement de la houle en zone côtière. On peut distinguer deux formes de réfraction : celle induite par les variations du fond marin et celle induite par la présence de courants côtiers.

D'après l''équation c = (g*h) ^1/2 , la vitesse de propagation de l'onde diminue avec la profondeur d'eau. Cela se traduit par une évolution de la direction de propagation O de la houle. Les orthogonales aux crêtes de houles tendent à être parallèles aux isobathes au fur et à mesure que la profondeur d'eau diminue. La Fig.16 montre une schématisation de la propagation de la houle au-dessus d'une bathymétrie présentant une alternance de baies et de caps.

Figure n°16 : Schématisation du phénomène de réfraction au-dessus d'une côte comportant des caps et des baies.

La réfraction commence à être perceptible lorsque la profondeur d'eau locale est inferieure a environ la moitié de la longueur d'onde des vagues.

3.2. But de l'étude

L'étude de la réfraction de la houle a pour but l'exploitation des caractéristiques de la houle au large pour définir les caractéristiques (direction et amplitude) de la houle à la côte.

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

Les données de la houle à la côte serviront, entre autres, de données d'entrée pour la conception des ouvrages maritimes ainsi que pour les essais en modèle réduit physique (canal ou bassin à houles).

3.3. Principe de calcul de la réfraction:

Connaissant la climatologie au large, il est possible d'établir une statistique de la houle au large. Cette statistique est ensuite propagée vers la côte en utilisant des fonctions de transfert calculées suivant la bathymétrie représentée suffisamment au large, dans les fonds où les houles ne sont pas réfractées. Le coefficient de réfraction est défini de la manière suivante:

Hs locale

Kr =

Hs large

Les calculs de la réfraction de la houle entre le large et la côte sont effectués par le modèle numérique SWAN (Simulating Waves Nearshore développé par l'université de DELFT) pour différentes conditions de houle au large (hauteur, période et direction). Le logiciel modélise la propagation de la houle en prenant notamment en compte les phénomènes de :

- Réfraction, sur les fonds et autour des ouvrages,

- Frottement sur le fond,

- Déferlement,

Il est donc parfaitement adapté à la problématique du littoral. Le coefficient de réfraction est calculé par SWAN.

3.4. Description et principes des logiciels utilisés:

Simulating Waves in the Nearshore « SWAN »: le SWAN est un modèle numérique de 3eme génération développé à l'université de technologie de Delft Hydraulics (Booij et al., 1999); il permet de définir les paramètres de la houle vers la cote; ceci se fait suite à une propagation de la houle du large vers la cote en induisant une réfraction sur les fonds ; il permet donc de prédire l'état de la mer a la cote en connaissant l'état de la mer au large.

SWAN est un code de propagation de houle basé sur l''équation de conservation de la densité spectro-angulaire d'action des vagues N (ó, O, x, y, t) où ó est la fréquence relative et O la direction des vagues. La densité d'action des vagues N (ó, O, x, y, t) est obtenue à partir de la densité d'énergie des vagues Es(ó, O) :

N(ó, O) = Es(ó, O) ó

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L'équation de conservation de la densité spectrale d'action de vagues s''ecrit (Hasselmann et al. 1973) :

Où:

N (a, O) = densité de l'action des vagues: T = temps [s]

x = distance dans la direction x [m]

y = distance dans la direction y [m]

a = fréquence relative [Hz] comme on l'observe dans un cadre de référence se déplaçant avec la vitesse du courant

O = direction de la vague [degrés]

cx, y, a, O = vitesses de propagations [m / s] pour respectivement x, y, a et O

S = source / puits terme en termes de densité d'énergie (Génération par le vent, dissipation et non-linéaire onde interactions)

La densité de l'action N (a, O) est égale à la densité d'énergie divisée par la fréquence relative: N (a, O) = E (a, O) / a.

Dans cette équation le premier terme ?N/?t correspond à la variation temporelle de densité d'action des vagues. Les formulations des différentes vitesses de transfert de densité d'action des vagues

(Cx, Cy, Ca et CO) sont issues de la théorie linéaire e l''équation de conservation du nombre

de crêtes (Whitham, 1974; Mei, 1989; Dingemans, 1 Cx et Cy sont les vitesses de propagation

dans l'espace (x,y) de la houle et Ca traduit le tra d'énergie en fréquence. Cx, Cy et Ca

résultent de l'action combinée d'un courant moyen es variations bathymétriques. Le dernier

membre de gauche CO représente le transfert d'énerg ngulaire.

Dans le membre de droite, S = S(a, O, x, y, t) correspond à la somme des termes source et termes puits. S(a, O, x, y, t) contribue à la dissipation ou à la génération de densité d'action des vagues (déferlement, génération par le vent, interaction entre triplets ou quadruplets de fréquence...).

3.5. Données de la houle vingtenale au large

Elles sont prises du document de l'U.S. Naval Weather Command intitulé « Summary of Synoptic Meteorological Observations » (S.S.M.O tome II, Zone Algiers (1963-1970)). Les données présentées dans annexe 2, sont structurées par mois et les hauteurs de houle par secteur (en foot)

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

ainsi que par période. Elles sont traitées pour obtenir un tableau contenant : les amplitudes de houle par secteur et par périodicité d'apparition ; en portant les fréquences d'apparition et les hauteurs de houle (en mètre) sur un graphe semi-logarithmique et en utilisant les droites de régression de type : y = a ln(x) + b où :

x = Pn =

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x = périodicité d'apparition est égale à :

et n= période de retour (annuelle n=1, biannuelle n=2 )

y = hauteur de houle recherchée.

On obtient les résultats récapitulés dans l'annexe II.

Pour conclure on obtient un tableau donnant les hauteurs de houle extrême par période et ceci pour chaque direction (Tableau n°2), c'est un tableau récapitulatif qui sera utilisé lors du remplissage des fichiers de calculs.

Tableau n°2 : Houles extrêmes dans la région de Jijel calculé à partir des houles annuelles (SSMO ; 1970)

DIRECTION DE HOULE
	Nord-ouest	Nord	Nord-est
Biennale	Hs=6.80m	Hs=5.20m	Hs=3.80m
	Tp=13,73s	Tp=11,21s	Tp=9,53s
Quinquennale	Hs=7.90m	Hs=6.16m	Hs=4.40m
	Tp=13,60s	Tp=12,16s	Tp=10,30s
Décennale	Hs=8.60m	Hs=7.00m	Hs=4.80m
	Tp=10,09s	Tp=12,90s	Tp=10,77s
Vingtennale	Hs=9.40m	Hs=7.60m	Hs=5.30m
	Tp=14,60s	Tp=13,38s	Tp=11,31s
Cinquantennale	Hs=10.40m	Hs=8.60m	Hs=5.90m
	Tp=15,18s	Tp=14,09s	Tp=11,92s

3.6. Choix des directions:

Le secteur angulaire considéré correspond aux limites naturelles imposées d'une part, par la configuration géographique du site d'étude, et d'autre part, par le secteur d'intérêt des houles du large.

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

Ainsi trois (03) directions ont été retenues en tenant compte des tableaux de fréquence par direction des houles au large ainsi que l'incidence de ces houles par rapport à la zone d'étude (fig.17) :

NO

NE

Figure n°17 : choix des directions défavorables pour le site d'étude

- Une direction approximativement perpendiculaire à la côte pour mesurer les effets d'une

houle frontale (360°N)

- Deux directions de houle à incidences obliques (45°N et 315°N)

3.7. Etapes de manipulation:

1- Acquisition de la bathymétrie en fichier Excel comprenant les coordonnées métriques ainsi que la profondeur.

2- Créer la grille de la bathymétrie sur surfer

3- Exporter la bathymétrie à partir de la grille vers le format .DAT

4- Extraire la colonne bathymétrie du fichier.DAT par Excel en faisant attention à ce que la bathymétrie soit en négatif et la topographie en positif.

5- Réenregistrer en format .txt

6- remplir les fichiers de commande Swan pour chaque direction et pour chaque période annuelle et vingtenale (Annexe!!)

7- pour exécuter ; Avec l'invite commande ; on ouvre le dossier 4 >cd lien du dossier contenant le fichier commande

4>swanrun fichier de commande

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

8- Ouvrir le fichier crée pour chaque fichier de commande qu'on ouvre en forme .txt

9- Importer vers l'Excel

10- Sélectionner les colonnes dont nous avons besoin (latitude, longitude, Hs, direction, période)

11- Création de la grille pour Hs et pour la direction sur Surfer

12- Aller sur toolbar options > on sélectionne new contour mapper pour représenter Hs >add «2-Grid vector layer » pour représenter la direction

13- Pour la mise en forme on va vers property manager ( à gauche de l'écran)

3.8. Résultats:

Les résultats de l'étude de propagation de la houle sont illustrés par:

· La détermination quantitative des conditions de la houle en quelques points (points d'extractions), qui permet l'établissement de la statistique locale de la houle en ses profondeurs qui sera utilisée pour le pré-dimensionnement des ouvrages de protection ainsi que pour le calcul du transit sédimentaire.

· Les épures de réfraction qui montrent qualitativement comment la hauteur de houle et la direction changent au cours de la propagation de la houle .les figures ci- dessous montre des épures de réfraction pour une houle vingtenale

Tableau n°3 : Récapitulatif du coefficient de réfraction Kr par période et par profondeur pour le secteur N45°

N45
Prof	6	8	10	VINGTENNAL
2	0,42	0,44	0,38	0,40
3	0,52	0,55	0,43	0,47
4	0,61	0,61	0,55	0,50
5	0,64	0,61	0,58	0,57
10	0,81	0,81	0,76	0,79

Tableau n°4 : Récapitulatif du coefficient de réfraction Kr par période et par profondeur pour le secteur N315°

N 315
Prof	6	8	10	VINGTENNAL
2	0,65	0,52	0,44	0,26
3	0,65	0,63	0,47	0,30
4	0,73	0,66	0,51	0,33
5	0,93	0,77	0,62	0,37
10	0,95	0,96	0,95	0,67

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

Tableau n°5 : Récapitulatif du coefficient de réfraction Kr par période et par profondeur pour le secteur N360°

N 360
Prof	6	8	10	VINGTENNAL
2	0,63	0,59	0,42	0,31
3	0,65	0,68	0,47	0,37
4	0,67	0,76	0,54	0,43
5	0,68	0,81	0,62	0,46
10	0,85	0,97	0,93	0,78

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

Caractéristique de la houle au large: Période de retour = 20 ans

Direction = 360 °

Hs = 7.6 m T p = 13.38 s

Figure n°18 Réfraction de la houle, direction N360°, sur le rivage du front de mer de Jijel

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

Caractéristique de la houle au large: Période de retour = 20 ans

Direction = 315 °

Hs = 5.3 m T p = 13.38 s

Figure n°19: Réfraction de la houle, direction N315°, sur le rivage du front de mer de Jijel

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

Caractéristique de la houle au large: Période de retour = 20 ans

Direction = 45 °

Hs = 5.3 m T p = 11.31 s

Figure n°20 : Réfraction de la houle, direction N45°, sur le rivage du front de mer de Jijel

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

NB : les épures du reste des résultats de la réfraction sont représentés dans l'Annexe III 3.9. Interprétations:

Les houles aux amplitudes les plus importantes au large sont celles du secteur Nord. Le coefficient de réfraction calculé (tableau n°3,4 ,5) montre que pour les 3 directions à 10m de profondeur les houles perdent très peu de leur énergie (Kr=0.96 pour N360) et sont donc très peu réfractés. A 3m de profondeur la réfraction est plus importante ; on remarque que la réfraction reste plus importante pour le secteur nord.

En nous basant sur les figures 18, 19 et 20 on remarque une dissipation de l'énergie à l'encontre du front de mer ce qui induit une réfraction par pivotement des orthogonales en direction Nord et Nord-Nord-Ouest pour le secteur N360 et N315. Pour le secteur N45, le pivotement des orthogonales se fait en direction Nord et Nord-Nord-Est.

On observe que les orthogonales divergent dans la partie centrale due à une dissipation d'énergie, et que les orthogonales convergent aux 2 extrémités due à l'accumulation d'énergie. L'accumulation et la dissipation dépendent de la morphologie sous-marine ; dans une pente douce la réfraction se fait lentement ce qui permet une dissipation de l'énergie de la houle contrairement à une pente abrupte où la réfraction se fait brutalement ce qui procure à la houle la caractéristique de garder son énergie.

L'incidence frontale de la houle pourrait être à l'origine de l'effritement (le creusement) et le déchaussement des pieux sous le front de mer ; c'est ce qui le rend vulnérable et sujet à l'effondrement.

4. Étude sédimentologique (LEM 2012)

L'étude des sédiments superficiels a pour objectifs la caractérisation des matériaux meubles pour permettre d'apporter des indications sur la répartition spatiale de ces sédiments et les conditions de leur dépôt qui est définit comme l'ensemble des relations qui s'établissent entre les agents susceptibles d'entraîner la mise en place des particules (agents du transport et du dépôt : houles, courants).

4.1. Echantillonnage

Au total ; l'équipe chargée de l'étude au LEM a effectué vingt-deux (22) points de prélèvement d'échantillons de sédiments marins et qui ont été retenus et répartis sur l'ensemble de la zone d'étude. Ces points de prélèvement se situent principalement en mer dans la zone allant de la plage jusqu'à des profondeurs avoisinant les -10m (fig.21).

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

745600 745700 745800 745900 746000 746100 746200 746300 746400 746500

22

21

\C1;4.66}

MEDITERRANEE

20

7

Rochés

Lignes isobathes

Point de prélèvement

COTE TERRE

Figure n°21 : Répartition spatiale des points d'échantillonnage dans la zone de Jijel (front de mer de Jijel)

4.2. Technique d'analyse et paramètres granulométriques

L'étude des matériaux est réalisée par granulométrie sur une colonne de tamis AFNOR.

La granulométrie est définie sur le matériel brut simplement débarrassé, par tamisage à 63 um sous l'eau de la fraction pélitique. Cette dernière opération conduit à caractériser chaque sédiment par un indice de teneur en fraction inférieure à 63 um (pélite ou lutite) : l'indice pélitique. Par complémentarité à 100 % , on peut par cet indice, connaître la teneur en sable (fraction supérieure à 63 um) : l'indice arénique.

Il sera ensuite procédé à un tamisage à sec de la fraction grossière (> 63 um) sur une série de tamis de type « AFNOR ». Les diamètres du tamis varient entre 63um et 8mm.

Pour chaque échantillon, il est établi une courbe granulométrique sur un diagramme semi-logarithmique dans lequel l'ordonnée représente le pourcentage cumulé de refus et l'abscisse le diamètre correspondant. A partir de cette représentation graphique de l'échantillon, il est possible de déterminer différents paramètres et indices dont; le D25, D50 (médiane granulométrique), D75, D90 et le D99. Ces derniers serviront aussi pour le calcul de l'indice de classement de Trask (Sorting index: So) et l'indice d'asymétrie Sk.

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

4.3. Synthèse des résultats

Les résultats sont présentés sous forme de cartes ou de graphes de répartition donnant la nature des sédiments et leurs caractères granulométriques : tableau des teneurs en fraction fine (tab.6), carte des médianes granulométrique Md ou _D50 (fig. 22), fréquence et modes sédimentaires (fig. 23 et 24) distribution de l'indice de classement So (fig. 25), indice d'asymétrie Sk (fig.26) et mode de transport sédimentaire (fig.27).

A. Teneur de la fraction fine

La considération de la teneur en fraction fine ou pélites (<63 um) est importante car elle peut mettre en évidence des aires préférentielles de dépôt.

La lecture du tableau n°6 ci-après permet de relever que les teneurs en fraction fine sur le site prospecté sont nulles ou très faibles ne dépassant pas 3% de la masse totale de chaque échantillon et ce aussi bien proche du rivage qu'au large.

Tableau n°6 : Pourcentages des teneurs en fraction pélitique

ECHANTIL LON n°	FRACTI ON <63um	ECHANTILL ON n°	FRACTION <63um	ECHANTIL LON n°	FRACTION <63um
1	1%	9	3%	17	1%
2	0%	10	2%	18	2%
3	1%	11	1%	19	1%
4	1%	12	0%	20	0%
5	1%	13	1%	21	0%
6	1%	14	1%	22	0%
7	1%	15	1%
8	1%	16	0%

L'action hydrodynamique en est la principale raison de la quasi inexistence de cette fraction fine (<63um). En effet, le remaniement incessamment de ces particules favorise le transport en suspension des plus fines en dehors de la zone agitée.

B. Médiane granulométrique (Md)

La médiane granulométrique correspond au diamètre du grain moyen dont l'ordonnée est à 50% du poids total du sédiment. Elle fournit une idée approximative de la taille moyenne des grains du sédiment.

La carte de la répartition spatiale de la médiane granulométrique (fig.22) montre que le faciès sédimentaire de la plage sous-marine prospectée est dominé essentiellement par des sables grossiers à très grossiers (500um <D50 <2000um)

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

Des sables moyens (250um _<D50 <500um) font une apparition et forme une bande plus au large à partir de l'isobathe -8 et ce en totale conformité avec le concept du grano-classement décroissant de la côte vers le large qui est lié au gradient hydrodynamique lui aussi décroissant de la côte vers le large.

La moyenne des médianes granulométriques de tous les échantillons analysés est de 740 um (soit 0.74 mm)

Figure n°22 : Répartition spatiale des médianes granulométrique (Md en um) dans la région de Jijel (Front de mer de Beaumarchais)

C. Analyse modale

Les histogrammes de fréquences fourniront des indications sur le mode où diamètre le plus fréquent des grains et éventuellement sur le mélange de deux stocks sédimentaires différents si plusieurs modes apparaissent dans l'histogramme de fréquence.

L'analyse des histogrammes de fréquences sur lesquels les pourcentages pondéraux des particules de chaque classe granulométrique montre dans l'ensemble la présence d'un seul mode granulométrique prépondérant comme en indiquent l'échantillon témoin n°09 ci-contre.

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

Ech.09

	25% 20% 15% 10% 5% 0%
Pourcentage du refus
125			160	200	250	315	400	500	630	800	1000			1250	1600	2000

Diamètre du tamis en um

Figure n°23 : Histogramme de fréquences des classes granulométriques

L'histogramme de fréquence d'apparitions dimensionnelles des classes granulométriques de l'ensemble des échantillons analysés (fig.24) montre la présence d'une large gamme comprise entre 160 et 1600 um avec une dominance du mode 800 um avec 37% de fréquence d'apparition suivi du mode le 1000 um et 630 um avec successivement 18% et 14% de fréquence d'apparition.

Figure n°24 : histogramme de fréquence des modes granulométriques

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D. Indice de classement de Trask (So)

L'indice de classement (ou hétérométrie) «sorting index» de TRASK, So complète l'image du sédiment donnée par la médiane granulométrique en fournissant une mesure de la dispersion des tailles des grains autour de la valeur centrale.

Le classement permet de séparer le sédiment en quatre classes, de mal à très bien classé; un bon classement est le reflet d'un sédiment dont la taille des grains est très homogène, un mauvais classement est celui d'un sédiment hétérogène.

Ces classes sont intéressantes car elles constituent un indice d'hydrodynamisme fort lorsque le classement est bon et définissent des aires de décharge ou de dépôt lorsqu'il est mauvais.

La formule utilisée est :

S0 =

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Tableau n°7 : Les limites de S0 utilisées

Valeur	Classement	Interprétation (courant)
1.00 < So < 1.20	sédiment très bien classé (homogène)	très régulier
1.20 < So < 1.60	sédiment bien classé	régulier
1.60 < So < 2.00	sédiment moyennement classé	peu régulier
So > 2.00	sédiment mal classé (hétérogène)	irrégulier

Le calcul de cet indice (fig.25) montre que presque toutes les valeurs se situent entre 1.20 et 1.60 reflétant ainsi des sédiments biens classés.

valeur de Sc

0,8

1,8

1,6

1,4

1,2

1

0 500 1000 1500 2000

Diamètre de la médiane granulométrique en pm

Indice de Trask So

Figure n°25: Indice de classement de Task (So)

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E. Indice d'asymétrie (Sk)

L'indice d'asymétrie Sk caractérise le degré de symétrie de la courbe par rapport à la médiane. Il indique la prépondérance, ou non, des particules fines ou grossières par rapport à la moyenne de l'échantillon.

On le calcul avec:

SK=

Tableau n°8 : les valeurs adoptées pour le coefficient d'asymétrie SK

Valeur	Asymétrie	Signification	Interprétation (courant)
SK = 1	nulle	courbe à tendance symétrique
SK < 1	positive	décalage et classement maximum vers les particules grossières.	courant fort
SK > 1	négative	décalage et classement maximum vers les particules fines.	courant faible

Les valeurs de cet indice sont pour la majorité égale ou proche de 1 (fig.26) indiquant une symétrie du classement entre les particules fines et les particules grossières. Toutefois on note 2 valeurs de Sk (n°10 et n°16) relativement élevées (décalage et classement maximum vers les particules fines).

Valeur de SK

0,5

1,5

2

0

1

0 500 1000 1500 2000

Diamètre de la médiane granulométrique en pm

Indice d'asymétrie Sk

Figure n°26: Indice d'asymétrie Sk

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F. Mode de transport des sédiments

Le diagramme de Passega (1957) permet de déterminer le mode de transport des sédiments. Il

porte en abscisse la taille du grain médian _(D50%) et en ordonnée les valeurs du _D99% (percentile

supérieur). Il comporte un ensemble de segments appelés patterns qui représentent différents types

de transport:

- Le segment SR représente les sédiments transportés en suspension homogène (uniforme).

- Le segment RQ représente les sédiments transportés en suspension gradée.

- Le segment QP représente les sédiments transportés par saltation

- Le segment PO représente les sédiments transportés essentiellement par charriage.

- Le segment ON représente les sédiments transportés par roulement.

La représentation, sur le diagramme de Passega de la position des points représentatifs des sédiments superficiels prélevés dans le site, montre que les valeurs du percentile supérieur D99% varient entre 1240um et 7180um environ et les valeurs de la médiane D50% se situent entre 160um et 1500um. Cette représentation a permis de supposer des modes de transport illustrés dans la fig. n°27 ci-après.

Le diagramme montre que la majorité des sédiments superficiels prélevés sont proches des segments PO et ON. Cette présentation indique que le mode de transport des sédiments se fait essentiellement par charriage ou par roulement.

valeur du D99

10000

1000

100

10

10 100 1000 10000

s

DIAGRAMME DE PASSEGA

Diamètre médian (pm)

R

Q

P

O

N

Figure n°27: Diagramme de PASSEGA

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5. Transit littoral:

L'étude du transit littoral a pour objectif d'estimer le volume des sédiments déplacés résultant des différents phénomènes hydrodynamiques qui agissent en synergie, cette étude permet aussi de déterminer la direction dont lequel le transit s'effectue.

Il est donc très important pour une cote donnée, si l'on veut comprendre son évolution et si l'on a l'intention de l'aménager, de connaitre à la fois le volume des sédiments ainsi véhiculés et la direction résultante du transport à l'échelle de l'année (Paskoff R. 1993)

5.1. Explication sur l'Estimation du transit littoral

Les ordres de grandeur du volume déplacé des sédiments parallèlement à la côte (transit littoral) peuvent être évalués à partir de différentes formules dont la plus utilisée est la formule(1) de Sauvage de Saint-Marc et de Vincent « LCHF » :

(1)

Q = K/C g Hs² T. t (a)

Dont les paramètres sont:

Q : volume de sable transporté (en m³)

K : coefficient de transport du sable (2.5x10^-6)

g : accélération de la pesanteur (en m/s²).

C : cambrure.

Hs : amplitude significative de la houle (en m)

T : période de la houle (en seconde).

t : durée d'action de la houle (en seconde).

f(a) : Fonction de l'obliquité `'a» de la crête de la houle avec la côte. L'utilisation de cette formule conduit à déterminer d'abord:

A. Le bilan énergétique annuel de transport caractérisé par : Hs². T.t, On aura alors à suivre les étapes suivantes pour définir les paramètres Hs, T et t

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Chapitre II : Matériels, méthodes et discussion des résultats

a. Détermination des amplitudes H_s :

Hs a la cote est calculé à partir des résultats de la réfraction avec le SWAN ; elle est déterminé comme étant la moyenne du tiers supérieur de l'amplitude a 10m de profondeur. Le calcul se fait pour chaque direction et chaque période.

b. T représente la période, puisqu'on calcule le transit annuel, donc on utilisera les périodes calculés à partir des résultats de la réfraction ou pour chaque direction et pour chaque période nous avons calculé la moyenne de T a -10m. Ce qui fait que pour chaque direction, trois périodes sont utilisés.

c. Détermination de la durée t :

i. La détermination de la fréquence d'apparition « fri »de la houle par période et par direction est donnée par la formule suivante:

fri = nombre de cas d'apparition (par direction et par période) / 8870

En effet : la valeur 8870 correspond au nombre total d'apparition des houles, pour toute direction et période confondu. fri n'a pas d'unité, elle représente un nombre.

NB : Les résultats de calcul sont dans l'annexe IV

ii. Détermination des fréquences d'observation F : Elle est déterminée en utilisant la formule suivante : F % = ? (nombre de cas pour chaque période / 8870) x 100.

F est exprimé en pourcentage.

iii. Calcul de la durée t :

La durée d'action de la houle d'un secteur donné est obtenue en utilisant la formule suivante: t= (365j x 24h x 3600s / 100) x F%.

Elle est exprimée en secondes.

B. Détenation de l'angle « a » et de la ftion (

La fonction liée à la l'obliquité de la houle

= Sin 7/4 (a).

Pour déterminer théoriquement le transit le long de la côte qui est direcent lié à la direction de

la houle au large, il est nécessaire d'évaluer l'angle (a) et la fonction qui en découle. Cette
obliquité de la houle avec la ligne de rivage étant supposée mesurée par profondeur de 15 à 20 m, dans notre étude a a été déterminée pour la profondeur de 10 m.

L'angle a est déterminé par la méthode suivante:

- On définit la ligne moyenne parallèle à la côte

- On trace le nord

- Ensuite on trace l'orthogonale qui se croise au même point que le nord sur la ligne de côte,

la partie gauche a l'orthogonale est négative (-) et la partie droite est positive (+)

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- On représente les angles moyens d'arrivé pour chaque direction et pour chaque période:

N45T6, N45T8, N45T10, N315T6, N315T8, N315T10, N360T6, N360T8, N360T10 ; et ce par rapport au Nord

- Pour chaque direction; On trace la perpendiculaire qui se croise avec la ligne de cote en
formant l'angle a

· a = angle crête de la houle - côte = 180° - (90° +J3).

· J3 = angle orthogonale - côte.

· a = angle orthogonale - Nord.

NB : l'angle á est déterminé manuellement (Annexe V)

5.2. Résultats:

A partir des résultats obtenus lors de la réfraction; on a sélectionné Hs ; la direction et la période au niveau de la profondeur de 10 m pour chaque grandeur on a fait la moyenne. Et ce pour chaque direction et pour chaque période.

5.2.1. Calcul de Hs, t, angle d'arrivée:

Tableau n°9 : moyenne des résultats obtenus par direction et par période

Direction	N360			N45			N315
période (s)	Hs (m)	t (s)	Angle d'arrivée (°)	Hs (m)	t (s)	Angle d'arrivée (°)	Hs (m)	t (s)	Angle d'arrivée (°)
6	0,96	4,97	352,26	0,97	4,92	28,16	1,05	4,98	319,81
8	2,67	6,70	353,52	1,94	6,62	23,62	2,61	6,70	321,92
10	4,86	8,53	350,87	4,28	8,45	19,30	4,50	8,49	323,33

En utilisant le tableau du document de l'U.S Naval Weather Command intitulé « summary of Synoptique Meteorogical observation » SSMO tomeII, Zone Algiers(1963-1970) qui correspond a la Zone 31 selon la projection Mercator, on détermine les fréquences d'apparitions fri en traitant les données classées de la houle à savoir l'amplitude au large , les périodes, le nombre d'apparition et ceci par direction .

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Tableau n°10: calcul des fréquences d'observation f(%) et de la durée de la houle t

Direction	N360		N45		N315
Période (s)	f(%)	t (s)	f(%)	t (s)	f(%)	t (s)
6	5,13	1 618 575,42	11,58	3 651 349,72	4,30	1 356 367,98
8	0,50	157 324,46	0,57	180 434,27	1,49	469 306,88
10	0,02	6 518,15	0,03	6 518,15	0,01	1 777,68

Tableau n°11 : calcul du bilan énergétique annuel du transport

Direction	N360	N45	N315
période	(Hs)^2 * T* t * (m^2s^2)	(Hs)^2 * T* t * (m^2s^2)	(Hs)^2 * T* t * (m^2s^2)
6	7 468 655,11	16 815 513,59	7 483 952,13
8	7 487 525,77	4 474 391,23	21 390 275,78
10	1 311 631,19	1 008 906,88	305 215,41
Total	16 267 812,06	22 298 811,70	29 179 443,32
Total Général =67 746 067,08

5.2.2. Détermination de l'angle á :

L'angle a été déterminé manuellement, l'illustration est représentée dans l'annexe les angles obtenus ainsi que leurs fonctions sont récapitulés dans le tableau suivant:

Tableau n°12 : Calcul des angles á et des fonctions f(á) par direction et par période

Direction	N360		N45		N315
période	á°	f(á)	á°	f(á)	á°	f(á)
6	16	0,469	53	0,999	-16	-0,469
8	18	0,522	48	0,995	-14	-0,415
10	15	0,442	43	0,967	-12,6	-0,375

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Les paramètres constants
Coefficient de transport du sable	K	0,0000025
Accélération de la pesanteur	g	9,81
cambrure	C	0,03

5.2.3. Estimation du transport sédimentaire:

Apres que tous les paramètres composant la formule LCHF soient calculés, l'estimation du transit littoral global peut être donc estimée ; les résultats sont récapitulés dans le tableau suivant:

Tableau n°13: Estimation du transit sédimentaire global

Direction	N360	N45	N315
période	Q (m^3/an)	Q (m^3/an)	Q (m^3/an)
6	2866,42	13730,85	-2872,29
8	3198,24	3637,78	-7251,55
10	474,25	797,60	-93,67
T/direct	6538,91	18166,23	-10217,51
Quantité totale transporté = 34922,65 m^3/an
Le volume résultant = 14 487,62 m^3/an

5.3. interprétation:

Le transit littoral a été estimé à 14 487,62 m³/an, allant de l'est vers l'ouest, cette quantité pourrait englober les sédiments se trouvant en mer mais aussi le sédiment issu de l'effritement du platier rocheux sur lequel repose le front de mer, en effet cette dérive qui est du à la prédominance des vents de secteur nord-Ouest induit des courant de retour assez puissants ,sur tout pour une côte rocheuse , qui arrachent les sédiments de la plage.

NB : pour l'étude de la réfraction ainsi que l'étude du transit littoral ; nos résultats ont été comparé avec ceux du LEM et ces derniers concordent.

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