Chapitre I
Généralités
7
Réfraction de la houle sur le littoral de Sidi Ghiles par modélisation SWAN
Trois générations de modèles de vagues se sont succédé, s’appuyant sur des connaissances
physiques de plus en plus importantes et sur l’accroissement des capacités informatiques.
I.5.1. Modèle de première et deuxième génération
Les premiers modèles spectraux d’état de mer ont été élaborés dans les années 1950 – 1960 (Gelci
et al., 1957). Ils s’appuient sur les théories de Miles (1957) et Phillips (1957) pour la génération des
vagues par le vent et sur le concept de saturation universelle de Pierson et Moskowitz (1964). Les
interactions non-linéaires sont traitées comme un phénomène secondaire et négligées ou
paramétrisées très sommairement. Ces modèles sont appelés « modèle de 1
ère génération (1G) »
(cf. SWAMP Group, 1985).
Dans les années 1970, des mesures plus précises, avec notamment le projet JONSWAP (Hasselman
et al., 1973), ont permis une meilleure connaissance de la physique des vagues et ont montré
l’importance des transferts non-linéaires dans la modélisation des états de mer.
Les modèles de 2
ème génération (2G) apparaissent alors, prenant en compte les premières
paramétrisations des interactions non-linéaires vague-vague (e.g. Barnett, 1968 ; Ewing, 1971 ;
Hasselman et al., 1976) et comprenant un couplage entre les différentes composantes spectrales.
Ces paramétrisations souffrent de certaines limitations ; en particulier elles sont conçues pour des
cas idéalisés et ne permettent pas de reproduire les observations dans des situations complexes.
I.5.2. Modèle de troisième génération
Le développement de la méthode de calcul des interactions non-linéaires DIA (Hasselman et al.,
1985) a marqué le début des modèles de 3
ème génération. Dans ces modèles, chaque composante
spectro-angulaire du spectre de variance évolue « librement » sous l’action combiné des différents
processus physiques pris en compte. Le terme de transfert non-linéaire S nl n’est plus paramétrisé,
mais calculé à partir de l’expression (2) de manière plus ou moins approchée.
Le premier modèle de 3ème génération (3G) est le modèle WAM (WAMDI Group, 1988 ; Komen
et al., 1994), qui a été implémenté pour des applications dans le domaine océanique ou les mers
continentales. A la suite de WAM, d’autres modèles comme WAVE WATCH III (Tolman, 1991,
2002), SWAN (Booij et al., 1999) et TOMA WAC (Benoit et al., 1996), puis plus récemment le
modèle CREST (Ardhuin et al., 2001) ont été développés.
Certaines modèles de recherche incluent aujourd’hui des méthodes de calcul quasi-exactes du terme
S nl , comme la méthode WRT (Webb-Resio-Tracy) (Webb, 1978 ; Resio et Perrie, 1991), ou la
méthode GCM (Gaussian Quadrature Method) (Lavrenov, 2001).
(2)
Généralités
7
Réfraction de la houle sur le littoral de Sidi Ghiles par modélisation SWAN
Trois générations de modèles de vagues se sont succédé, s’appuyant sur des connaissances
physiques de plus en plus importantes et sur l’accroissement des capacités informatiques.
I.5.1. Modèle de première et deuxième génération
Les premiers modèles spectraux d’état de mer ont été élaborés dans les années 1950 – 1960 (Gelci
et al., 1957). Ils s’appuient sur les théories de Miles (1957) et Phillips (1957) pour la génération des
vagues par le vent et sur le concept de saturation universelle de Pierson et Moskowitz (1964). Les
interactions non-linéaires sont traitées comme un phénomène secondaire et négligées ou
paramétrisées très sommairement. Ces modèles sont appelés « modèle de 1
ère génération (1G) »
(cf. SWAMP Group, 1985).
Dans les années 1970, des mesures plus précises, avec notamment le projet JONSWAP (Hasselman
et al., 1973), ont permis une meilleure connaissance de la physique des vagues et ont montré
l’importance des transferts non-linéaires dans la modélisation des états de mer.
Les modèles de 2
ème génération (2G) apparaissent alors, prenant en compte les premières
paramétrisations des interactions non-linéaires vague-vague (e.g. Barnett, 1968 ; Ewing, 1971 ;
Hasselman et al., 1976) et comprenant un couplage entre les différentes composantes spectrales.
Ces paramétrisations souffrent de certaines limitations ; en particulier elles sont conçues pour des
cas idéalisés et ne permettent pas de reproduire les observations dans des situations complexes.
I.5.2. Modèle de troisième génération
Le développement de la méthode de calcul des interactions non-linéaires DIA (Hasselman et al.,
1985) a marqué le début des modèles de 3
ème génération. Dans ces modèles, chaque composante
spectro-angulaire du spectre de variance évolue « librement » sous l’action combiné des différents
processus physiques pris en compte. Le terme de transfert non-linéaire S nl n’est plus paramétrisé,
mais calculé à partir de l’expression (2) de manière plus ou moins approchée.
Le premier modèle de 3ème génération (3G) est le modèle WAM (WAMDI Group, 1988 ; Komen
et al., 1994), qui a été implémenté pour des applications dans le domaine océanique ou les mers
continentales. A la suite de WAM, d’autres modèles comme WAVE WATCH III (Tolman, 1991,
2002), SWAN (Booij et al., 1999) et TOMA WAC (Benoit et al., 1996), puis plus récemment le
modèle CREST (Ardhuin et al., 2001) ont été développés.
Certaines modèles de recherche incluent aujourd’hui des méthodes de calcul quasi-exactes du terme
S nl , comme la méthode WRT (Webb-Resio-Tracy) (Webb, 1978 ; Resio et Perrie, 1991), ou la
méthode GCM (Gaussian Quadrature Method) (Lavrenov, 2001).
(2)