La modélisation de l’étang de Berre
Des outils numériques pour aider à la compréhension de l'écosystème
Le GIPREB dispose d'un outil performant de modélisation hydrodynamique de l'étang de Berre, basé sur le modèle TELEMAC3D.
Description du modèle TELEMAC3D
Depuis 2015, le GIPREB dispose d’une configuration du modèle hydrodynamique TELEMAC-3D sur l’étang de Berre et les milieux annexes (Bolmon, Canal du Rove…)
Ce modèle permet de simuler les évolutions des courants, de la salinité, de la température et des hauteurs d’eau, en fonction de différents forçages et de la bathymétrie de l’étang.
Ces forçages, qui contrôlent l’hydrodynamisme de l’étang de Berre, sont les conditions atmosphériques (vent, température, pression atmosphérique), la marée astronomique, les apports d’eaux douces par les cours d’eau et par la centrale hydroélectrique EDF de Saint-Chamas.
La particularité de ce modèle est d’être à “éléments finis”, c’est à dire que l’ensemble du domaine d’étude est discrétisé sous la forme de petits triangles dont la taille est variable. C’est ce qu’on appelle le maillage. Sur les zones importantes, ces triangles sont petits et nombreux. A l’inverse, sur les zones plus homogènes en terme hydrodynamique, ces triangles sont plus grands. La figure suivante illustre le maillage, et la bathymétrie associée, qui est utilisé actuellement.
En complément, la colonne d’eau est également discrétisée sur la verticale. Actuellement, le modèle possède 25 niveaux différents entre la surface et le fond. Au total, il y a 4 524 noeuds et 7 867 triangles sur un plan horizontal, ce qui fait au total 113 100 noeuds et 196 675 triangles.
La configuration de ce modèle est donc “3D”, c’est à dire qu’il y a trois dimensions spatiales : 2 horizontales + 1 verticale. C’est un élément crucial car l’hydrodynamique de l’étang de Berre est fondamentalement “3D”.
Cela signifie que les différentes variables simulées peuvent varier suivant la verticale. Par exemple :
- Par temps de mistral, on peut avoir un courant vers le sud en surface, et vers le nord au fond
- En fonction de la marée, à Caronte, les eaux marines peuvent entrer dans l’étang au fond, et les eaux saumâtres de l’étang sortir vers le golfe de Fos en surface
- La température, et surtout la salinité, sont très variables sur la verticale, en particulier lors des apports importants d’eau douce par la centrale hydroélectrique (cf image et vidéo ci-dessous)
Un tel modèle demande des compétences importantes en physique, mais aussi en programmation informatique, car c’est un code de calcul particulièrement lourd et complexe à manipuler. Les simulations réalisées avec la configuration du GIPREB sont calculées sur des machines performantes (calculateur 24 processeurs Xeon, 15 Go de mémoire vive). Pour simuler une année, il faut environ 48 h de calcul.
Exemple de la variabilité de la salinité dans l'étang de Berre
La salinité peut être très variable dans l’étang de Berre, en particulier lors des apports importants d’eau douce par la centrale hydroélectrique.
Cette image illustre ce phénomène en présentant une carte de salinité en surface, au fond, et une coupe verticale de la salinité (entre le nord et le sud de l’étang) au mois de février 2015. On observe ainsi que la salinité est très variable sur l’horizontale, mais aussi beaucoup sur la verticale (la colonne d’eau) : c’est ce qu’on appelle la stratification haline.
Une animation est disponible en bas de cette page pour encore mieux visualiser ces phénomènes.
Exploitation du modèle TELEMAC3D
A partir du modèle, différents types de simulations peuvent être calculés :
- des simulations réalistes : ces simulations utilisent des forçages “vrais”, c’est à dire correspondant à la réalité. Ainsi, c’est le vent mesuré à Marignane qui est utilisé (ainsi que les autres conditions atmosphériques), les débits mesurés des rivières (et température), et les débits et température mesurés par EDF en sortie de la centrale de Saint-Chamas. Ces simulations permettent de calibrer/valider le modèle en utilisant les données mesurées in situ . Elles permettent également d’apporter de la connaissance sur le fonctionnement hydrodynamique de l’étang (atlas de courants en cours de préparation)
- des simulations “projets” : à partir d’une simulation réaliste, des modifications peuvent être apportées sur les forçages ou tout autre élément du modèle. Ainsi, il est possible de définir des projets et d’étudier l’impact de ces projets sur le fonctionnement hydrodynamique. Par exemple, des études ont été réalisées pour étudier l’impact d’une ouverture à la courantologie du tunnel du Rove (nouvel apport d’eau de mer par le tunnel du Rove, voir la page dédiée). D’autres simulations ont également été réalisées en diminuant ou arrêtant les rejets par la centrale EDF. L’image ci-dessous montre à titre d’exemple l’évolution simulée de la salinité de surface, au centre de l’étang de Berre, pour plusieurs simulations projets (la simulation de référence ‘REF’ est une simulation réaliste de l’année 2015)
Evolution simulée de la salinité, au centre de l’étang de Berre, pour plusieurs simulations projets (la simulation de référence ‘REF’ est une simulation réaliste de l’année 2015)
Afin d’illustrer les résultats d’un tel modèle, plusieurs animations sont disponibles sur notre chaine youtube.
Par exemple, voici une animation de la salinité calculée par le modèle, en surface, au fond, et le le long d’une section verticale nord-sud :
Cette autre animation présente les courants lors d’un épisode de fort mistral, en surface, au fond, et le long d’une section verticale est-ouest au milieu de l’étang:
