La Chaire de recherche en ingénierie côtière et fluviale (INRS)

Transcription

1 La Chaire de recherche en ingénierie côtière et fluviale (INRS)

2 Contenu Les changements climatiques Les risques côtiers La Chaire de recherche en génie côtier Exemples d études sur la protection côtière Risques naturels et humains 2

3 Quelques faits Augmentation des tempêtes et des inondations Fonte des glaces dans les régions arctiques Hausse des températures et du niveau marin L érosion est un risque majeur pour les côtes! Mai 2014, Sainte-Flavie, Québec. Juillet 2013 Îles-de-la-Madeleine 3

4 Méthodes de protection côtière Murs côtiers Enrochement Rechargement de plage 4

5 Effet des processus côtiers sur les infrastructures Gaspésie, Québec Bas-Saint-Laurent, Québec Bas-Saint-Laurent, Québec Bas-Saint-Laurent, Québec 5

6 Chaire de recherche en génie côtier et fluvial Démarche concertée du ministère de la Sécurité publique (MSP) et du ministère des Transports du Québec (MTQ) afin de combler des besoins d expertise communs relatifs à l adaptation des infrastructures aux effets des changements climatiques. Une convention de chaire de recherche entre le MTQ, le MSP et l INRS a été signée par les parties en octobre Plan d action sur les changements climatiques du gouvernement du Québec (actions 21 et 23). 6

7 Chaire de recherche en génie côtier et fluvial Objectifs : 1)L analyse du transport sédimentaire le long du profil de plage; 2)L interaction des courants, des vagues et du transport sédimentaire avec les structures côtières et au large des côtes; 4) La modélisation des digues submergées, brise-lames et épis; 5) La modélisation des phénomènes de débordement; 6) La modélisation de tout autre ouvrage innovateur ou de méthodes de rechange; 7) La modélisation et l analyse des caractéristiques des vagues; 8) La modélisation et l analyse des niveaux d eau (marées, surcotes liées aux tempêtes); 7

8 Chaire de recherche en génie côtier et fluvial Objectifs (suite): 9) La modélisation de la dispersion de contaminants lors des catastrophes environnementales en milieu maritime, côtier et fluvial; 10) La modélisation et l analyse des interactions entre les ouvrages et le transport sédimentaire; 11) L amélioration des connaissances dans le domaine de la conception des infrastructures maritimes soumises aux conditions difficiles du golfe du Saint-Laurent et du Nunavik; 12) Le développement de l approche de restauration des rivières afin, notamment, de réduire les problèmes d inondation et d érosion des rives. 8

9 Le laboratoire hydraulique environnemental Longueur: 120 m; Profondeur/largeur: 5 m Profondeur d eau: 2,5 3,5 m Période des vagues: 3-10 s Batteur (piston): déplacement/vitesse : 4 m, 4 m/s vagues régulières/irrégulières Interactions vagues/marées/courants et transport sédimentaire. Instrumentation : ADP, ADV, Aquadopp, turbidité, niveau d eau et senseurs de pression, multi-faisceaux (bathymétrie). batteur vagues courant 9

10 Exemple d étude 1: rechargement de plage 10

11 End wall (122, 5, 5) WG14 (112, 4.8) WG13 (107, 4.8) WG12 (102, 4.8) WG11 (97, 4.8) Montage expérimental en canal (pente: 1:10 ; JONSWAP ; Hs = 1.1 m ; Tp = 6 s ; γ = 3.3 ; WL = 3.5 m) WG10 (92, 4.8) WG9 (87, 4.8) WG8 (82, 4.8) WG7 (77, 4.8) WG6 (72, 4.8) WG5 (67, 4.8) WG4 (62, 4.8) WG3 (57, 4.8) WG2 (52, 4.8) WG1 (47, 4.8) Bridge (25, 0, 5) Inlet step (11, 0, 0.9) Y FLOW X (117) Beach crest (116, 5, 4.25) (115) (113) (111) (109, 2.5, 5.0) ADV (92, 2.25, 4.0) 1:10 (97) (95) (93) (91, 2.5, 5.0) Vectrino II (87, 2.16, 4.0) Vectrino (92, 2.33, 1.0) Beach end (73, 5, 0) ADV (82, 2.25, 4.0) WL = 3.5 m Z batteur (±4,0,0) Vectrino (87, 2.33, 1.0) plage (97, 2.5, 0.0) (92, 2.5, 0.8) Vectrino II (82, 2.34, 0.5) (87, 2.5, 0.8) (82, 2.5, 0.5) Vectrino (82, 2.33, 1.0) Vectrino (77, 2.03, 1.0) Vectrino (77, 2.33, 1.25) Mini ADP (57, 2.5, 0.58) Vectrino (21, 2.5, 0.77) Vectrino (11, 2.5, 0.77) X CS450 Vectrino 1 Hydrophone Pore Pressure Vectrino 2 Vector (Sontek) Mini ADP Aquadopp Camera Turbidity sensors Acoustic wave sensors Wave gages Slope (13, 0, 0) Acoustic run up sensors

12 Modèle de plage vs prototype Rechargement : plage de sable, degravier et de galets 12

13 Mesures dans la zone de test Variation de la hauteur des vagues pentes de plage initiales variables vagues et marées Amplitudes et spectre de vagues; Vitesses et profils de courant; Jet de rive (run up); Pressions interstitielles; Sédiments en suspension; Évolution morphologique du profil de plage; Interactions entre les vagues, les courants et les sédiments. 13

14 Stabilité et profil de plage vagues régulières Pentede plageinitialede 1:10 14

15 Vagues irrégulières Régime de tempête Échelle du modèle Spectre initial Spectre plage JONSWAP Échelle réelle vagues H max ~ 4 m T z ~ 12 s ~ 15 m h 0 marées h 0 ~ 3 m 15

16 Vagues irrégulières pour une pente de 1:10 profondeur d eau constante: h 0 = 3,5 m 0-1,5 heures 1,5-13,5 heures 16

17 Profil d équilibre atteint après approx vagues Déferlement plongeant Berme de galets bien triés se forme au sommet de la plage

18 Évolution du profil de plage profondeur constante hauteur de vague Progradation de la plage Arrière-plage Vagues 18

19 Jets de rive, retraits et débordements 19

20 Profil de plage abrupt (45 ) correspondant au profil initial d une plage rechargée Déferlement jaillissant Profil d équilibre à marée haute Profil d équilibre à marée basse

21 Influence de la pente initiale Profondeur d eau constante ~ marées hautes et vagues de tempête 4 heures de simulation 21

22 Pente de plage initiale : 45 (1:1) Pente d équilibre de la plage : 6,4 ( 1:9) Pente d équilibre de la plage sous marine : 29,2 ( 1:2)

23 Interaction entre les vagues, les marées et les sédiments 0-4 heures 4-8 heures 8-12 heures heures Marnage (mm) Wave amplitude Low tide (after 9 hours) High tide (after 12 hours) Vagues entrantes Time (sec) 23

24 Exemple 2 : Impacts de vagues sur un mur côtier (échelle 1:4) Objectifs: Quantification des surpressions; Résistance des murs côtiers aux tempêtes; Dépassements et débordements. Variables-clés: Physique du déferlement; Pressions hydrodynamiques sur le mur; Hydrodynamisme côtier et interaction avec le fond; Physique des jets et des compressions sous-marines. 24

25 Montage expérimental en canal 25

26 Mur expérimental 2,4 x 1,2 m 0 1 A B C D E senseurs PCB - cellules de charge + accéléromètres #113B24 PCB échantillonage: Hz Measurement Range (for ±5V output) Sensitivity (±10 %) Maximum Pressure Resolution Resonant Frequency Rise Time 6895 kpa mv/kpa kpa kpa 500 khz 1.0 µ sec Low Frequency Response (-5 %) Hz 26

27 Sélection de séries de tests Conditions de vague: Vagues régulières/petits trains de vagues Profondeur d eau constante: 3,8 m Période de vague constante: 6 s ID Impact Hauteur de vague initiale (m) Pression max. (kpa) Hauteur jet (m) Vitesse jet (m/s) Total: 50 tests d impact, chacun avec un train de ± 3 vagues 150 impacts de vagues. 27

28 Instantanés des tests d impact de vagues sur un mur vertical Pic de pression max. : ~ 1 4 MPa en qqes ms Accélération au mur 10,8g < 0,01 s Temps (s) Profil de vague à l approche du mur 1 s 5 s Plunging breaker N-Shape ~ 10 m 28

29 Corrélations entre pression et jet Test 29ID #

30 Test 7 Évolution de la distribution de pression Vague : H = 1 m, T = 6 s, h 0 = 3.8 m 1,3 MPa Pic de pression 0,24 ms Profil de vague mur 30

31 Jaillissement et débordement 31

32 Impact#7 7 Pression max. (1.3 Mpa) 6 13 Impact#6 Hauteur et vitesse max. du jet 14.7 m 20.3 m/s Impact#13 Hauteur de vague max. Pression au mur Min. Poche d air relativement importante Pas de poche d air Impact 3 rd samples Different jet physics 32

33 Impacts des sédiments 1 er impact du sédiment Pression sur le mur [MPa] Plage dissipative, pente: 2º Pic : 7,5 MPa Temps [s] 1 er impact de vague 33

34 Stratégies d adaptation côtière Protection côtière Quelques thèmes de recherché (plus sur Vents et vagues de tempête; Interactions vagues-glace-sédiments; Jet de rive des vagues; Méthodes de protection côtière J. B. Frandsen R. Xhardé C. B. Brunelle Juillet 2013 Îles-de-la-Madeleine Mai 2014, Sainte-Flavie, Quebec. 34

35 Conclusions Améliorer les connaissances des processus côtiers et leurs effets Modèles hydrodynamiques côtiers Protection côtière méthodes douces et murs/digues discontinues; Développement d outils numériques; Expériences à grande échelle et mesures de terrain. 35

36 Remerciements Notre chaire et le groupe en ingénierie côtière et fluviale sont financés par: Le ministère de la Sécurité publique du Québec Le ministère des Transports du Québec 36