Modélisation hydrodynamique tridimensionnelle et connectivité dynamique : l'estuaire du Saint-Laurent

Le Mouël, Maëlys (2026). Modélisation hydrodynamique tridimensionnelle et connectivité dynamique : l'estuaire du Saint-Laurent. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Cette thèse analyse les interactions tridimensionnelles entre marée, débit fluvial et géométrie dans l’estuaire fluvio-moyen du Saint-Laurent, un système macrotidal multi-chenal à forts gradients bathymétriques et asymétries géométriques. Les approches existantes, majoritairement 1D/2D ou 3D peu résolues, ne capturent pas les processus tridimensionnels rapides et transitoires qui organisent la dynamique des systèmes multi-chenaux, tels que la propagation des inversions de courant, les recirculations, les cisaillements verticaux, les déphasages latéraux et les échanges inter-chenaux.

Pour combler ces lacunes, un modèle TELEMAC-3D haute résolution a été implémenté et validé à partir de mesures tridimensionnelles. Il constitue la première base hydrodynamique 3D suffisamment résolue pour représenter les structures fines et la connectivité dynamique de l’estuaire. Le modèle révèle des mécanismes jusqu’ici invisibilisés, notamment des inversions non synchrones, des recirculations, des structures tourbillonnaires et des échanges latéraux et verticaux instationnaires associés à des phénomènes de couplage/découplage verticaux des couches de la colonne d’eau.

Ce travail fournit la première analyse haute résolution des processus hydrodynamiques rapides et instationnaires qui organisent la connectivité tridimensionnelle de l’estuaire. Les résultats montrent que les phases de transition de marée (flot–jusant et jusant–flot), traditionnellement considérées comme quasi statiques, constituent en réalité des phases organisatrices majeures : l’affaiblissement des vitesses longitudinales intensifie les dynamiques secondaires tridimensionnelles. Ces processus sont particulièrement importants autour des haut-fonds et des jonctions tidales, qui sont des éléments de connectivité hautement dynamiques.

L’un des apports majeurs de la thèse est la formalisation d’un patron d’écoulement tridimensionnel pour les jonctions tidales asymétriques, structuré en quatre états récurrents (confluence, tributaire nord, tributaire sud, diffluence). Ce cadre unifié, construit à partir du cas du Saint-Laurent et généralisable, fournit une grille de lecture applicable aux estuaires macrotidaux profonds asymétriques.

Ce travail offre également une base hydrodynamique 3D pertinente pour l’étude de mécanismes tels que l’intrusion saline et pour l’analyse de problématiques appliquées comme la dispersion de polluants ou les impacts anthropiques et climatiques dans les estuaires.

Titre traduit

Three-dimensional hydrodynamic modeling and dynamic connectivity: the St. Lawrence estuary

Résumé traduit

This thesis analyzes the three-dimensional interactions between tides, river discharge, and geometry in the fluvio-middle reach of the St. Lawrence Estuary, a macrotidal multichannel system characterized by strong bathymetric gradients and geometric asymmetries. Existing approaches—mostly 1D/2D or low-resolution 3D configurations—fail to capture the fast, transient three-dimensional processes that structure the dynamics of multichannel systems, such as the propagation of flow reversals, recirculations, vertical shear, lateral phase lags, and inter channel exchanges.

To address these limitations, a high-resolution TELEMAC-3D model was implemented and validated using three-dimensional measurements. It provides the first sufficiently resolved 3D hydrodynamic framework capable of representing the fine-scale structures and dynamic connectivity of the estuary. The model reveals mechanisms that had remained invisible until now, including non-synchronous reversals, recirculations, vortical structures, and unsteady lateral and vertical exchanges associated with vertical coupling/decoupling of the water column layers

This work provides the first high-resolution analysis of the rapid and unsteady hydrodynamic processes that organize the three-dimensional connectivity of the estuary. The results show that tidal transition phases (flood–ebb and ebb flood), traditionally considered quasi-static, are in fact major organizing periods: the weakening of longitudinal velocities intensifies secondary three-dimensional dynamics. These processes are particularly important around shoals and tidal junctions, which act as highly dynamic connectivity structures.

One of the major contributions of this thesis is the formalization of a three-dimensional flow pattern for asymmetric tidal junctions, structured into four recurrent states (confluence, north-tributary, south-tributary, diffluence). This unified framework, developed from the St. Lawrence case and generalizable, provides a conceptual basis applicable to deep asymmetric macrotidal estuaries.

This work also offers a relevant 3D hydrodynamic foundation for studying mechanisms such as salt intrusion and for analyzing applied issues including pollutant dispersion and anthropogenic or climatic impacts in estuarine environments.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Comprend des références bibliographiques (pages 325-353).
Mots-clés libres:	estuaire du Saint-Laurent, système multicanal profond, hydrodynamique tridimensionnelle, estuaire macrotidal, asymétries forcées, asymétries dynamiques, régimes transitoires, inversions de courant, recirculations tridimensionnelles, connectivité hydrodynamique, haut-fond, jonction tidale
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur(-trice) Pham Van Bang, Damien
Codirecteur:	Codirecteur(-trice) de mémoire/thèse Hammouti, Abdelkader
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	23 sept. 2026 14:36
Dernière modification:	23 sept. 2026 14:36
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/4091

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