Modelling dynamics and exchanges of fine sediments in the bay of Brest

Modélisation des dynamiques et échanges de sédiments fins en rade de Brest

Laboratoire de Génie Côtier et Environnement - Centre d'études et d'expertise sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement ,
alexis.beudin@cerema.fr, georges.chapalain@cerema.fr, nicolas.guillou@cerema.fr

Abstract

Essentially brought by the Aulne and Elorn rivers, fine sediments are redistributed within the bay of Brest and its surroundings mainly by tidal currents. Their dynamic is studied with a hydro-sedimentary numerical model based on the two-dimensional horizontal (2DH) modules of the TELEMAC system. The sedimentary assemblage is treated as a number of components of different grain sizes, some of which may be cohesive, and biotic factors related to the large presence on the bed of the invading slipper limpets Crepidula fornicata are integrated. A special approach consisting in solving the advection-diffusion equation with multi-zone marked fine sediments to evaluate their relative contribution to suspended and deposited sediment concentration is presented herein. This Eulerian sediment tracing method is promising for evaluating exchanges between sedimentary units according to hydraulic (low flow, flood) and hydrodynamic (neap, spring) conditions under various scenarios.

Résumé

Apportés pour l'essentiel par les rivières Aulne et Elorn, les sédiments fins se distribuent de manière différentielle au sein de la rade de Brest et ses abords, sous l'action principale des courants de marée. Leur dynamique est étudiée sur la base d'une modélisation numérique hydro-sédimentaire à partir des modules bidimensionnels horizontaux (2DH) du logiciel TELEMAC. L'assemblage sédimentaire est constitué de grains de différentes tailles, dont certains ont des propriétés cohésives. Les facteurs biotiques relatifs à la présence importante sur le fond du mollusque gastéropode invasif Crepidula fornicata (macro-rugosité, partition du cisaillement, filtration et biodéposition) sont intégrés. Une approche d'advection-dispersion zonifiée des particules fines issues des principales unités sédimentaires est présentée et appliquée pour quantifier l'évolution temporelle de leurs contributions respectives aux concentrations de sédiments en suspension et déposés. Cette méthode laisse augurer l'évaluation des échanges entre unités sédimentaires au gré des variations des conditions hydrologiques (étiage, crue) et hydrodynamiques (morte-eau, vive-eau) ambiantes selon différents scénarios.