Modeling of depth-induced wave breaking in a simulation code for nonlinear and dispersive waves in the coastal zone

Modélisation du déferlement dû à la bathymétrie dans un code de simulation des vagues non-linéaires et dispersives en zone côtière

B Simon (1) , C Papoutsellis (1, 2) , M. Benoit (2) , M. Yates (3, 4)

1 IRPHE - Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre
2 LHSV - Laboratoire d'Hydraulique Saint-Venant / Saint-Venant laboratory for Hydraulics
3 MPE - Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik
4 Cerema Equipe-projet HA - Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement - Equipe-projet HA

The modeling of wave breaking dissipation in shallow water within a fully nonlinear and disper-sive wave model is investigated. The wave propagation model is based on potential flow theory and initially assumes non-overturning waves. Inclusion of breaking dissipation is however possible by adding a pressure-like term to the dynamic free surface boundary condition. Two criteria from the literature are tested to determine the onset of breaking, one geometric and another energetic. Two methods are tested in order to dissipate the energy due to breaking, the first based on the analogy of a breaking wave with a breaking hydraulic jump, and the second relying on an eddy viscosity dissipative term. Numerical simulations are performed using combinations of the two criteria and the two dissipation methods. The results are compared with experiments of waves breaking over a submerged bar, considering first regular waves, and then irregular waves. It is shown that the different approaches are able to reproduce the wave transformation observed in the experiments, although additional tests remain to be performed to fully validate the model for a wider range of conditions.

La modélisation de la dissipation d'énergie due au déferlement en eau peu profonde dans un code de vagues complètement non-linéaire et dispersif est étudiée. Le modèle de propagation des vagues est fondé sur la théorie potentielle et suppose au départ que la surface libre ne se retourne pas. L'inclusion de la dissipation par déferlement est toutefois possible en ajoutant un terme similaire à une pression dans la condition limite dynamique de surface libre. Deux critères issus de la littérature sont testés pour déterminer le début de déferlement, l'un de type géométrique et l'autre de type énergétique. Deux méthodes sont testées afin de dissiper l'énergie, l'une basée sur la similarité d'une vague déferlante avec un ressaut hydraulique déferlant et l'autre utilisant un terme dissipatif de type viscosité turbulente. Les simulations numériques sont effectuées à l'aide de combinaisons des deux critères et des deux méthodes de dissipation. Leurs résultats sont comparés à des expériences des vagues déferlant sur une barre immergée, d'abord pour des vagues régulières, puis pour des vagues irrégulières. Nous montrons que les différentes approches sont capables de reproduire les évolutions des trains de vagues observées expérimentalement, bien que des tests supplémentaires restent à mener pour valider complètement le modèle dans une gamme de conditions plus large.

Domaines: Sciences de l'ingénieur [physics]

B Simon, C Papoutsellis, M. Benoit, M. Yates. Modélisation du déferlement dû à la bathymétrie dans un code de simulation des vagues non-linéaires et dispersives en zone côtière. Actes des 16èmes Journées de l'Hydrodynamique, Nov 2018, marseille, France. ⟨hal-02121107⟩