Observer le mascaret sur la Dordogne à Saint-Pardon/en

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Français • English

Translation is in progress

Context

This experiment "mascaret 2013" was dedicated on the observation, measurement and modelling tidal bores produced in Saint-Pardon on Dordogne river between 18 and 21 september 2013.
The main observations were collected inside the tidal bore by surfers ans kayakists, by the drone operated by IFSTTAR and by the qualitative observations made by the master 2 "Engineering, water management and Environment" group of students from the university of Limoges.

Surfing tidal bore : a source of first hand information

The following video was recorded on saturdy 21 september 2013 on the Dordogne river in the Saint-Pardon area. The tidal coefficient was 101 (maximum is 120) and the Dordogne discharge was 118 m3/s.
The 3 windows in the video are synchroneous and correspond to the camera located on the left bank (half lower portion of the screen), on a GO PRO camera on the top of a stick of 1m high (left upper portion of the screen) operated by a person in the front of a kayak completed by an other GO PRO camera hanged on the top of the helmet of the driver of the kayak (so approximately 1m above the water). You can follow the kayak trajectory (upper right of the screen).

Considering this video, we can outline some qualitative elements, which could be confirmed by student observations and we shall produce some rough quantitative evaluations.

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Qualitative observations

Observation a tidal bore is not so easy tht it can appears at first sight. This physical process is not easily approached for different reasons. It corresponds to a wave train, composed of several successive waves, which have not necessary the same characteristics, which propagate upstrem during time and which are submetted to common behaviour of waves: mainly refraction of the bathymetry, but also diffraction and reflection.
The main first observations are the following:

• the shape of the waves are very dependant of the bathymetry. It seems to increase when the wave train arrive in front of Saint-Pardon (the pilot of the kayak told the surfer that the wave height will increase).
• the wave lenght seems greater at the beginning with the high bathymetry than after in front of Saint-Pardon)
• at the exit of the bend of "la rivière" location, the wave front seems to be divides in two parts :

• a wave front whose left wing is breaking along the left bank
• a wave front whose right wing "travels" the river et propagates straight away to Saint-Pardon : this is the wave prefered by the surfeurs, familiar with the site.

• the conditions of breaking on the crest of the waves vary in space and time
• the banks of the river are submitted to wave breaking and also to erosion
• the wake produced by the surfers propagates downstream
• the protection wall of Saint-Pardon, which receives the wave coming from the right bank produces a reflection and has an effect of detructuration of the wave train in front of Saint-Pardon. The phenomenon is amplified in the high bathymetry area along the left bank located upstream Saint-Pardon.
• the tidal bore generates a high level of sediment suspension : the brown color of water is clearly visible as well as the thin layer of clay which deposed on the surfer diving suit

Some rough evaluations

From these observations, we can deduce some quantitative points :

• the duration of the total descend was 8 mn 45s and the lenght was 2,6 km, which gives a speed of the tidal bore of 18 km/h = 5 m/s
• however, the speed of a small wave propagating on small depth follows the law $ V=\sqrt{gH} $ where H is the water depth. We can deduce a theorical mean water depth along the path of the tidal bore H = 2,5 m, which corresponds to the small depth upstream after the bend of the river (lower than 2 m) as well as dowstream of Saint-Pardon. In the center of the river, the depth is higher.
• in front of Saint-Pardon, we can estimate the wave lenght at about 5 kayak lenght ie 10 m
• the mean wave curvature is given by H/L between 0,25 (depth of 2m) et 0,5 (depth of 4m), lower then the Miche criteria (H/L=0,8), which explains the relatively low lenght of the surf zone crests: the surf zones are mainly due to surfers wakes.

Recommandations

This qualitative approach was possible due to the synchroneous measure of 3 cameras. This can be improved :

• the areal monotoring by drone is able to give more precisely the propagation - deformation in space and time. An improvement should be a 3D restitution in real time of the surface of the tidal bore.
• the measures in the vicinity of the banks can only give a local indication of the process, very influenced by local conditions (surf zone, wave reflection...)

Comparison of the 4 tidal bores of 18, 19, 20 and 21 september 2013

Qualitative exploitation of the comparative images comparatives of tidal bores recorded at Saint-Pardon on the Dordogne river at the four following dates : 18 september 2013 ; tidal coefficient 97 ; discharge Dordogne : 137 m3/s 19 september 2013 ; tidal coefficient 104 ; discharge Dordogne : 111 m3/s 20 september 2013 ; tidal coefficient 105 ; discharge Dordogne : 133 m3/s 21 september 2013 ; tidal coefficient 101 ; discharge Dordogne : 118 m3/s These 4 tidal bores were shot from the wharf of Saint-Pardon and compose the four parts of the film below. A qualitative analysis is thereafter proposed

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wave amplitudes

The tidal bore 97 produces a wave train of less amplitude than those of higher coefficients

wave crest breaking in the center of the river

In front of Saint-Pardon, the wave crests do not breake : only the wake of the surfers produce surface perturbations

Réfraction des fonds en rive droite

En examinant attentivement les mascarets 104 et 105 sur la rive droite (en haut de la photo), on voit très bien que la crête des vagues, qui au milieu de la rivière est rectiligne, est inclinée vers la gauche, ce qui traduit un retard dans la propagation. Ceci résulte des hauts fonds qui s'accompagnent d'une vitesse de propagation inférieure à celle de profondeurs plus grandes au milieu de la rivière (voir formule ci-dessus). Cette vague en très petits fonds va même jusqu'à déferler (avant d'arriver à Saint-Pardon).

Réfraction des fonds en rive gauche et influence de la pente de descente des surfs

Lorsque la camera est tournée vers la rive gauche, elle permet de mettre en évidence plusieurs phénomènes : les petits fonds de la rive gauche produisent un déferlement des crêtes du mascaret mais uniquement pour les premières vagues. Plus en aval, la surface libre est agitée mais non déferlante, contrairement à ce qui se passe plus au centre de la rivière où les vagues restent bien formées : les surfeurs engagés ont d'ailleurs des difficultés à rester sur leur planche. Si l'on se place au temps (1:26), la crête de vague, initialement en arrière de la crête côté rivière (à cause d'une vitesse de propagation inférieure en petits fonds) se reforme après le plan incliné de mise à l'eau des surfs. En se reformant, elle « glisse » rapidement sur ce plan incliné et se reforme « en avance » après l'ouvrage. Si ce n'est pas très flagrant pour la première crête de vague, il n'en va pas de même pour la seconde vague qui offre un profil très incliné, en avance par rapport à cette même crête en rivière. Cette vague va par la suite déstructurer complètement le train d'onde (2:00)

A remarquer également

la surface libre est beaucoup plus perturbée pour le coefficient 105 : bien que le zoom soit différent, les amplitudes des vagues paraissent plus importantes. La disparition complète d'un kayakiste (2:16 coeff 101) en fond de vague, montre que les amplitudes sont assez élevées.

Recommandations

Pour bien comprendre la propagation-déformation de ce train d'ondes, il convient de pouvoir mettre en place en plusieurs endroits des caméras qui puissent filmer le train d'ondes en transversal par rapport aux lignes de crête. Les appareils de mesure placés à proximité de la berge vont donner quelques informations d'évolution de niveau d'eau, mais dans les zones perturbées, à savoir en rive droite (en haut de l'écran) dans une zone de réfraction des fonds et à proximité de l'ouvrage de Saint-Pardon en zone de présence d'ouvrages. L'information la plus pertinente est celle qui pourrait être acquise au milieu du domaine par des drones (voir ci-dessous) ou des ULM, qui plus est avec une restitution de la topographie du train d'ondes dans le temps. Ce dernier point est encore du ressort de la recherche.

Survol du drone de l'IFSTTAR

Cette vidéo a été enregistrée par le drone de l'IFSTTAR le 19 septembre 2013, correspondant aux conditions suivantes : coefficient de marée de 104 et de débit de 111 m3/s. Le drone était alors en position à proximité de Tressac. Le film a été enregistré par une caméra GOPRO modèle HERO 3, dirigée vers l'aval d'où vient le mascaret.

Fil'gouv

Exploitation des images

• très en aval, la surface est très perturbée à cause des hauts fonds. Le front d'onde est peu visible.
• une forte dissymétrie apparaît entre les deux rives:

• rive gauche, avec une surface très perturbée, beaucoup de déferlement
• rive droite, une surface beaucoup plus lisse

• les perturbations semblent se former et se propager à partir des rives et se propager vers le centre de la rivière, formant un V. Ces deux vagues déstructurent le train d'onde et la surface très perturbée indique qu'il s'agit d'ondes non-linéaires.
• au fur et à mesure de sa propagation, le front d'onde de différentie et prend de l'avance par rapport au secteur perturbé qui avance beaucoup moins rapidement, ce qui résulte probablement des fonds qui sont plus bas au centre de la rivière

• en rive gauche, la bathymétrie provoque encore une réfraction - réflexion des ondes, mais de manière beaucoup moins prononcée que précédemment. Une onde de réflexion apparaît et se propage vers le centre (3:15)
• en rive droite, le mascaret est indiscernable

• le train d'onde au milieu de la rivière compte beaucoup de vagues (une trentaine et est relativement bien formé

Quelques calculs de coin de table

• lieu : 250 mètres en aval du port de Tressac (lat 44.929343° Long -0.320711°) ;
• drone en vol stationnaire ;
• GOPRO orientée plein vertical ;
• altitude drone : 70 m ;
• distance "étoile photo" - drone : 30 m ;
• distance entre appareils photo d'extrémité de l'"étoile photo" : 1,80 m.
• résultat : λ = 11,20 m

A affiner...

Recommandations

• par rapport à ce qui est observé à Saint-Pardon, cette partie "aval" est également intéressante à observer car le train d'onde est bien établi en aval du coude de Tressac;
• il est dommage de ne pas avoir pu enregistrer la propagation du mascaret dans le coude de Tressac depuis le drone;
• compléter avec une caméra et/ou appareil photo qui fait que du vertical (en plus de la GOPRO existante qui est montée sur tourelle) et pouvant se synchroniser avec ceux de l'étoile ;
• améliorer l'étoile qui a servi de repérage au moyen de mires ;
• utiliser un télémètre d'altimétrie.

Observations des étudiants

A compléter par EPIDOR Ajouter en appui des observations des photos Les films sur les mesures seront intégrées dans la page "Mesurer le mascaret"

Le créateur de cet article est Jean-Michel Tanguy Note : d'autres personnes peuvent avoir contribué au contenu de cet article, [Consultez l'historique]. Pour d'autres articles de cet auteur, voir ici. Pour un aperçu des contributions de cet auteur, voir ici.