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Apports personnels les plus significatifs dans la discipline

Granulométrie des particules en suspension, sédimentation et dissolution

L’ensemble des mesures effectuées lors des différentes campagnes dans les eaux marines du large, des côtes et des estuaires m’a permis de :

- Montrer que la granulométrie des particules marines de plus de 5 μm est paramétrisable par une ou plusieurs lois du type lognormale. Cela permet d’avoir accès au transfert vers le sédiment de ces particules.

- D’établir un modèle de dissolution des particules durant leur sédimentation. Ce qui permet d’évaluer le flux de remise en solution des particules qui se dissolvent ; flux qui est essentiellement piloté par la fraction fine des particules (rapport surface/volume le plus élevé)

- De montrer que la plus grande part des matières en suspension dans l’Océan n’atteint jamais le sédiment, seules les plus grosses particules provenant de la surface ou celles situées au voisinage du fond y parviennent.

* BRUN-COTTAN J.C.,1976 : Contribution à l’étude de la granulométrie et de la cinétique des particules marines. Thèse de Doctorat d’Etat es-sciences physiques. Université P.et M.Curie. Paris.

* BRUN-COTTAN J.C.,1976 : Stokes settling and dissolution rate model for marine particles as a function of size distribution. Journal of Geophysical Res. vol. 81, n°9, pp 1601-1605.

Influence de la turbulence sur la vitesse de chute des particules

Etude de l’influence de la turbulence sur la vitesse de chute des particules par réalisation d’une chambre de turbulence de un mètre cube. Cette chambre simulant dans l’air les conditions les plus proches possibles du milieu marin naturel (conservation du nombre de Froude, mais pas de celui de Reynolds). Le coefficient de dissipation était évalué à partir des mesures de fluctuation de vitesse par fil chaud. Un nuage de particules artificielles monodimensionnées était injecté dans la chambre. Un pinceau laser balayant la chambre permettait d’obtenir la structure du nuage de particules à chaque centième de seconde. Ce travail a montré que la turbulence, même isotrope, augmentait considérablement la vitesse de chute (non entravée) des particules.

* Thèse de F.Dietlin, 1982

Résolution du problème de Craig

Le problème posé par Craig était : pourquoi des particules carbonatées se trouvent concentrées à l’interface profonde entre deux eaux sur toute une partie du Pacifique, alors qu’elles sont dans des impropres à leur existence ? Les particules carbonatées se trouvent dans un milieu agressif dans lequel leur temps de demi-vie est de l’ordre de six mois à un an. m’a permis d’étudier le transport turbulent à l’interface de deux masses d’eau océaniques. Les eaux de fond et les eaux profondes d’une part notable du Pacifique Sud ont un interface de quelques centaines de mètres d’épaisseur vers 4000 mètres de profondeur, développé sur plusieurs millions de kilomètres carrés. J’ai développé un modèle de transport advectif/diffusif applicable à cet interface fortement cisaillé et à partir des mesures provenant du programme GEOSECS, j’ai pu établir que ces particules carbonatées sont érodées à partir des flancs des rides océaniques profondes Ce modèle montre que ces particules peuvent exister, avec les concentrations observées, jusqu’à quelques milliers de kilomètres de la zone où elles ont été remises en suspension ; j’ai pu aussi évaluer l’apport de cette source par rapport à l’équilibre du gaz carbonique dans cette région, lié au problème actuel de l’équilibre du gaz carbonique atmosphérique.

* BRUN-COTTAN J.C., R.AUGER, C.E.LAMBERT and R.CHESSELET,1991 : Sources and transport of suspended calcites in Pacific deep water. Jour. of Marine Research. août 1991, pp 543-564.

Remise en suspension impulsionnelle

Les mesures que j’ai effectuées sur la concentration et la granulométrie des matières en suspension (MES) au-dessus du fond, tant sur la côte Est des USA qu’en Méditerranée, m’ont amené à réfuter l’idée que la remise en suspension des sédiments marins peut être considérée comme un processus à l’état stationnaire. On montre facilement que l’état stationnaire implique des profils verticaux de la concentration des MES, au-dessus du fond, de forme exponentielle (profils de Rouse), or cette forme n’est finalement que peu rencontrée. Il est très fréquent par contre de voir des profils de MES présentant un pic de concentration à une certaine altitude au-dessus du fond. J’ai donc été amené à postuler que ces processus sont impulsionnels. Cette hypothèse a été validée par un modèle numérique 2-D+ vertical (intégré transversalement). Ce modèle a montré que, pour le golfe du Lion, ces processus ont des longueurs et des temps caractéristiques du kilomètre et de l’heure.

* BRUN-COTTAN J.C., S. GUILLOU and Z.H. LI, 2000. Behaviour of a puff of resuspended sediment : a conceptual model. Marine Geology. , vol. 167, pp 355-373

Evaluation directe des flux d’érosion et de dépôt de sédiments dans un estuaire chenalisé

Les méthodes classiques permettant d’évaluer les flux d’érosion et de dépôt des sédiments cohésifs conduisent à des formulations explicites. Dans cet article, je propose une loi nouvelle pour calculer l’érosion et le dépôt des sédiments à partir de la mesure du contenu en MES d’une colonne d’eau dérivant avec l’onde de marée, c’est à dire en coordonnées lagrangiennes.

Cette loi met en relation la variation de la charge en matières en suspension et la vitesse de frottement sur le fond, considérées comme des variables indépendantes. Cette relation implique que le sédiment ne peut pas être représenté par des paramètres moyens, mais par un continuum de propriétés. Le modèle d’érosion/dépôt proposé est de type implicite, il est principalement conçu pour établir les variations de charge en MES d’un système de masse d’eau oscillante tel celui des estuaires à marée.

A partir des mesures de la charge en MES effectuées dans une colonne d’eau oscillant avec la marée, il est possible de proposer une loi linéaire prédisant la quantité de MES s’érodant à partir du fond ou s’y déposant, au niveau de cette colonne d’eau.

* BRUN-COTTAN J.C., S. LESOURD, P. LESUEUR et S. GUILLOU, 2000. Evaluation directe des flux d’érosion et de dépôt de sédiments à partir de mesures en suivi de bouée dérivante dans un estuaire macrotidal ; application à la Seine. Cr. Ac. Sc.. IIa - Volume 331- 4, pp 265-270.