Etude de l'instabilité d'une interface fluide-granulaire : Application à la morphodynamique des rides de plage

Since a few years, physicists try to understand how a fluid such as water or air transports sand grains and how a structure like a sand dune can be formed by the retroaction between the fluid flow and the deformation of the fluid-granular interface. In this Thesis manuscript, we present laboratory experiments which consist in reproducing familiar structures such as beach ripples. These patterns are formed by water waves on the beach shore. We examine the initial wavelength selection as well as the coalescence process of the so-called rolling-grain ripples before their transition to the so-called vortex ripples which correspond to the saturated state of the interface. Thanks to the construction of a new experimental setup, we show for the first time with PIV measurements the flow structure associated to the rolling-grain ripples that is a transient vortex which appears at the ambient flow reversal. Moreover, we demonstrate the existence of a segregation in volume for the vortex ripples which is the consequence of the distribution of shear stress on the surface of the ripple.Depuis quelques années, les physiciens essayent de comprendre comment un fluide tel que l'eau ou l'air transporte des grains de sable et comment une structure comme une dune de sable peut être formée par la rétroaction entre l'écoulement du fluide et la déformation de l'interface fluide-granulaire. Dans ce manuscrit de thèse, nous présentons des expèriences en laboratoire qui consistent à reproduire des structures familières telles que les rides de plage. Ces motifs sont formés par les vagues sur le bord de plage. Nous examinons la sélection de la longueur d'onde initiale ainsi que la coalescence des rides dites à grains roulants avant leur transition vers les rides dites à tourbillon qui correspondent à l'état saturé de l'interface. Grâce à la construction d'un nouveau dispositif expérimental, nous montrons pour la première fois avec des mesures de PIV la structure de l'écoulement associée aux rides à grains roulants en l'occurrence un tourbillon transitoire qui apparaît au renversement de l'écoulement principal. En outre, nous démontrons l'existence d'une ségrégation en volume pour les rides à tourbillon qui est la conséquence de la distribution de contrainte de cisaillement sur la surface de la ride