Document CETMEF sur l'Analyse statistique des niveaux d'eau extrêmes - Environnements maritime et estuarien
Le Cetmef a été missionné par le Ministère de l'Écologie, du Développement Durable, des Transports et du Logement de produire un document méthodologique visant à apporter des éléments d'analyse et des solutions pratiques aux services de l'État et aux bureaux d'ingénierie en charge des estimations de niveaux d'eau extrêmes en environnement maritime et fluvial. Ce travail a été réalisé dans le cadre d'un contrat de recherche regroupant le Cetmef, EDF, l'École nationale des Ponts et Chaussés, le SHOM et la Direction Générale de la Prévention des Risques.
Présentation générale (reprise du chapitre 1)
Les "trois modes de submersion marine"
Il existe « trois modes de submersion marine » : le débordement, lorsque le niveau d'eau marin dépasse la cote du terrain naturel ou la crête d'un ouvrage ; les franchissements par paquets de mer ; le dysfonctionnement d'un système de défense de côte (rupture d'un ouvrage par exemple ou l'érosion d'un cordon naturel). La connaissance du niveau d'eau marin à la côte est donc essentielle pour la caractérisation du risque de submersion marine.
Les "événements rares" : niveaux d'eau extrêmes
On s'intéresse plus particulièrement aux événements rares, autrement dit les niveaux d'eau qui ont une faible probabilité d'être dépassés, car ce sont eux qui ont les conséquences les plus graves. Bien que la probabilité soit faible, ces événements peuvent se produire aujourd'hui comme demain, voire aujourd'hui et demain. Pour pouvoir les caractériser, ou savoir que le phénomène de submersion dévastateur qui s'est produit hier appartient à cette famille d'événements rares, il serait nécessaire de disposer d'une longue durée d'observation. Cette durée n'étant pas disponible, les niveaux d'eau extrêmes sont étudiés au travers de modèles probabilistes. Pour ces modèles, on caractérise les niveaux d'eau extrêmes par des valeurs de niveau que l'on estime dépassées en moyenne 1 fois tous les x années (par exemple tous les 10, 100 voire 1 000 ans). Comme on le verra, plus cette durée de référence est importante, plus ces estimations sont sujettes à caution.
Niveau d'eau extrême VS échelle de temps annuel et plus
Les causes d'un niveau d'eau extrême sont complexes et difficiles à identifier. Pour un lieu donné, le niveau d'eau est la matérialisation de plusieurs phénomènes physiques. À la plus grande échelle de temps, nous avons les mouvements tectoniques et le changement climatique qui impriment des tendances sur plusieurs centaines d'années. Les variations sur plusieurs dizaines d'années peuvent avoir pour origine le changement climatique, mais aussi les variations des courants océaniques, de la température et de la salinité de l'eau.
Niveau d'eau extrême VS échelle de temps journalière
A l'échelle de la journée, nous avons la marée, le passage des dépressions atmosphériques et les effets d'ondes océaniques de type tsunami. C'est sur cette échelle de temps que s'inscrivent principalement les variations de niveaux d'eau extrêmes. L'estimation des niveaux d'eau extrêmes est complexe. Les dépressions atmosphériques peuvent influencer les niveaux d'eau de différentes manières selon leur trajectoire, leur creusement barométrique, le vent associé et la présence ou non de fortes vagues. En zone estuarienne la pluviométrie et la capacité de rétention/absorption du bassin versant jouent aussi un rôle important par l'intermédiaire des débits de cours d'eau.
Enfin, même si cela n'est pas traité dans le document, les aménagements humains peuvent jouer un rôle.
Objectif du document (reprise du chapitre 1)
L'objectif de ce document est de présenter les méthodes et méthodologies usuelles pour estimer les niveaux d'eau extrêmes. À ce titre il ne présente pas un état de l'art complet. Certaines approches moins courantes utilisées en ingénierie et recherche ne sont pas présentées.
Emprise géographique
Le document porte sur le littoral métropolitain (Mer du Nord, Manche, Atlantique et Méditerranée) en environnement maritime et estuarien. Les niveaux d'eau marin et estuarien étudiés ici sont les niveaux d'eau respectivement à la côte et à la rive. Le document porte exclusivement sur l'exploitation des données régulières (toutes les données observées depuis la mise en oeuvre d'une station de mesure) et non sur l'intégration des données historiques (données disponibles sur les événements marquants du passé) qui nécessite une prise en compte particulière. Les méthodes présentées ne permettent pas de prendre en compte les ondes océaniques de type tsunami.
De plus elles ne sont pas applicables directement pour l'outre-mer car elles ne traitent pas de la problématique particulière des cyclones.
Les méthodes et méthodologies présentées sont probabilistes et basées sur les pratiques répandues dans les services techniques ou sont issues du domaine de la recherche. Il existe d'autres méthodes de type déterministe, semi-probabiliste ou autres qui ne seront pas abordées ici.
Un document à deux niveaux de lecture
Le document présente deux niveaux de lecture. Le premier niveau est à destination des services de l'État ou autre ayant en charge le suivi d'études sur le sujet. Il récapitule les connaissances de base nécessaires à la compréhension des études sur l'estimation des niveaux d'eau extrêmes et décrit les limites d'applications des différentes méthodes d'analyse usuelles.
Le deuxième niveau est à destination des bureaux d'ingénierie ou autre spécialisés dans le domaine maritime et effectuant les études sur le sujet. Il décrit le déroulement des méthodes et les paramètres importants à prendre en compte.
L'estimation des niveaux d'eau extrêmes relève toujours du domaine de la recherche. L'ensemble des techniques aujourd'hui plus ou moins admises et plus ou moins abouties sont donc sujettes à évolution dans le futur.
Thèmes developpés
Le présent document se décompose de la manière suivante :
- la physique du niveau d'eau - les composantes du niveau d'eau marin ;
- les méthodes d'analyse des valeurs extrêmes des composantes du niveau d'eau ;
- les méthodes d'estimation des niveaux d'eau extrêmes en l'absence de vagues ;
- les méthodes d'estimation des niveaux d'eau extrêmes en présence de vagues ;
- les méthodes d'estimation des niveaux d'eau extrêmes en zone estuarienne ;
- une bibliographie, les bases de données et les logiciels utiles ;
Référence
Pour en savoir plus
- 2019
- 2017
- 2016
- 2015
- 2014
- 2014_T4
- 2014_T3
- 2014_T2
- 2014_T1
- Rapport sur la caractérisation d'événements de tempêtes de l'automne-hiver 2013-2014 à partir des mesures marégraphiques
- Colloque - débat : réduire les risques littoraux et s'adapter au changement climatique La Rochelle 2-4 avril 2014
- New permanent tide gauge in Makemo - French Polynesia
- Impact of the storm Ulla on the sea level (14/02/2014)
- Report on the high tides and the effects of the low pressure system on 1 and 2 February and impact on sea level along the French Atlantic coast
- Annuaires des marées 2015 et SHOMAR édition 2014-2015 disponibles
- Sea level measurement by GPS buoys: the multisensor experiment on Aix Island
- coefficients des grandes marées 2014 calculées pour Brest
- egu 2014 sessions scientifiques s'appuyant sur les observations marégraphiques
- The effects of the low pressure system early this year on the sea level compared to other extreme events
- Compte rendu d'activité 2013 du GRGS
- Storms early this year and the impact on sea level in western France (2-5/01/2014)
- Impact of Cyclone Bejisa on sea level in Réunion Island (2 January 2014)
- 2013
- 2013_T4
- SHOM BATHYELLI: new datum product referenced to the ellipsoid on data.shom.fr
- Offre de formation à l'information géographique maritime et littorale
- Impact of the storm Xaver in the North Sea on the sea level in the Nord-Pas de Calais region (5-6/12/2013)
- Document sur l'Analyse statistique des niveaux d'eau extrêmes - Environnements maritime et estuarien
- Offre de stage : surfaces de références verticales marines. Analyse à partir de l'altimétrie spatiale et des données marégraphiques
- Retour sur le workshop du PSMSL organisé en marge de la session des experts GLOSS
- Journées nationales génie côtier génie civil JNGCGC juillet 2014 Dunkerque
- Offre de stage : Caractérisation des seiches portuaires le long du littoral français
- French review of the 11thsession of the Intergovernmental Coordination Group for the Tsunami Warning and Mitigation System in the North-eastern Atlantic, Mediterranean and connected seas
- French review of the 13thsession of the GLOSS Group of Experts and workshop commemorating the 80th anniversary of PSMSL
- The reference work on the theory and practice of tides online (in French and in English
- Courants de surface : questionnaire d'évaluation des besoins des utilisateurs proposé par l'OHI
- nouvelle édition du produit RAM 2013 SHOM
- 13ème session groupe experts GLOSS et 80ème anniversaire PSMSL
- Vidéos en ligne changement climatique et niveau de la mer ; Vulnérabilité côtière et enjeux sociétaux
- 2013_T3
- 2013_T2
- REFMAR Days 2013: We thank the 134 participants
- Presentation of changes in sea level at the port of Brest since the beginning of the 18th century at the REFMAR Days
- Deployment of a new RONIM tide gauge observatory in Port-la-Nouvelle (Mediterranean - Aude)
- Rapport annuel d'activité 2012 REFMAR
- Nouvelle fiche technique REFMAR Description d'une fiche d'observatoire de marée FOM
- 2013_T1
- Compte rendu d'activité 2012 du GRGS
- Languedoc Roussillon DREAL: producer of tidal observations and new partner of REFMAR
- coefficients de marée 2013
- Statistiques 2012 des niveaux marins extrêmes des côtes de France (Manche et Atlantique)
- Colloque coastal dynamics 2013
- Tidal observations of the tsunami generated by the earthquake off the Solomon Islands (Pacific Ocean) on February 6, 2013
- Colloque Hausse du niveau de la mer et risques côtiers - ANR CECILE
- Annonce 14eme Congres Francais de Sedimentologie
- Plan de mise en oeuvre 2012 du programme GLOSS
- Offre d'emploi docteur ou ingénieur chargé d'étude en reconstruction et analyse d'une série historique du niveau de la mer
- EGU 2013 sessions scientifiques s'appuyant sur les observations marégraphiques
- Offre stage estimation de l'évolution du niveau moyen de la mer à partir des mesures marégraphiques
- Colloque Evénements extrêmes d’inondation SHF
- 2013_T4
- 2012
- 2012_T4
- 2012_T3
- Un grand pas pour le système d’alerte aux tsunamis dans l’Atlantique du Nord-Est et la Méditerranée
- Report on the 9th session of the Intergovernmental Coordination Group for the Tsunami Early Warning System in the North-eastern Atlantic and Mediterranean
- International Conference on the digitization and preservation of analogue archives, including tidal archives
- Observation of a meteotsunami on July 27, 2012 in the Western Mediterranean
- Scientific presentations concerning variations in sea level, organized on line by the CNFGG
- Tidal predictions available using Android
- The French President visits the tide gauge stand at Tonnerres de Brest 2012
- Tide gauging technology at Tonnerres de Brest 2012
- 2011 Annual Report of REFMAR activity on lineEFMAR
- Tsunami alert centre (CENALT) operational
- 2012_T2
- Dissertation of Mr. Thomas Gouriou:
- Coordinating tsunami alerts in the Lesser Antilles (Source DEAL Guadeloupe)
- XIIème Journées Nationales Génie Côtier Génie Civil à Cherbourg
- Deployment of a new tide gauge observatory on the island of Saint-Pierre (Islands of Saint Pierre and Miquelon)
- Deployment of a new tide gauge observatory on Maré in New Caledonia (Maré in the Loyalty Islands)
- 9ème édition des journées scientifiques et techniques du CETMEF
- Pumping of freshwater partly to blame for the rise in sea levels
- Programme de recherche japonais sur des radars à tsunamis
- French assessment of the 7th meeting of the intergovernmental coordination group on the tsunami alert system in the Caribbean, under the auspices of UNESCO
- Effects on sea level measurement of the earthquakes occurring off the coast of Sumatra on 11 April 2012
- Installation of a new tide gauge at Port Ferréol (Les Issambres)
- An exceptional rise in sea levels revealed
- 2012_T1
- Publication of Volume 3 of the "The climate of France in the 21st century" series concerning the change in the sea level (MEDDTL / ONERC)
- Inventory action concerning the sea level data in Corsica
- EGU 2012
- Evolution des composantes du niveau marin en charente-maritime : soutenance de thèse
- Nouveau portlet REFMAR : le puits de tranquillisation
- Variations in the sea level along the length of the Western Tropical Pacific Islands
- Rapport d'activité quinquennal du GRGS 2007-2011
- Demi-journée scientifique organisée par le CNFGG portant sur les variations du niveau de la mer - 6 mars - Paris
- 34es journées de l'hydraulique portant sur les événements extrêmes fluviaux et maritimes - 1 et 2 février - Paris
- Assises nationales des risques naturels 2012 - 19 et 20 janvier - Bordeaux
- Tide gauge data exchange day in France within the framework of the CRATANEM project
- Inventory action concerning historical sea level data in paper format
- EGU 2012
- Coefficients de marée 2012
- Effect of the passage of cyclone Andrea on the sea level in France (5-6/01/2012)
- 2011
- 2011_T4
- New edition of the Maritime Altimetric References (RAM) product
- Report of the GIC/SATANEM in Santander, Spain - 22-24/11/2011
- French assessment of the 12th session of the GLOSS Group of Experts and associated workshops
- Sea level observations: a major cog in the establishment of a storm surge flooding warning system
- 12th session of the GLOSS Group of Experts and associated workshops [7-11/11/2011]
- XIIèmes journées nationales Génie Côtier - Génie Civil à Cherbourg
- Special edition of the 'Annales hydrographiques' hydrographic review dedicated to the observation and study of the sea level
- Slow subsidence of the island of Tahiti detected using, in particular, tide gauge data
- 2011_T3
- Janvier 2012 : Première édition des Assises nationales des risques naturels
- The sea level : Principal measure of the French plan for adapting to climate change
- Conférence : Have we reason to fear an increase in the level of the tide ?
- Observation of the mini-tsunami off Cornwall on 27 June by French tide gauges.
- Installation of a new tide gauge in New-Caledonia on the island of Lifou
- 2011_T2
- Very low tides on Monday 21 March 2011
- Low tide on the beaches of the west coast of La Réunion
- Installation of two tide gauges in New Caledonia
- Centenary of the SHF: Exterme maritime and fluvial events
- Installation of two new tide gauges at Ile Rousse in Corsica and in the port of La Figueirette (Théoule-sur-Mer)
- IAPSO Commission on Mean Sea Level
- Monitoring the tide gauges of the Marseille observatory
- Symposium on Vulnerability of Coastal ecosystems to global change and extreme events - At the crossroads of knowledge to the benefit of coastal and marine ecosystem services
- Conférence sur l'océanographie cotière operationnelle
- 2011_T1
- Modernisation of the tide gauge at Port-Tudy (Ile de Groix)
- Installation of a new tide gauge observatory on the Ile d'Aix
- Observations of the trans-Pacific tsunami on 11 March 2011 by the French Polynesia and New Caledonia tide gauges.
- Seiche in the port of Royan during the night of 15 to 16 February 2011
- Les multiples facettes du changement climatique (SMF)
- EGU 2011
- Summary of the Proceedings of the Seminar on Impacts of Climate Change on Coastal Risk organised by the BRGM in November 2010
- Issue of the new SHOMAR - Tidal predictions
- Article relating to observations of sea levels at Saint-Paul Island (Indian / Southern Ocean)
- Network of tide gauges in the Pacific
- 2011_T4
- 2010
- Installation of a new tide gauge in Monaco
- Installation of two new tide gauges in Corsica at Centuri and Solenzara
- 4th Workshop on Coastal Altimetry and OST-ST Meeting on Altimetry for Oceans and Hydrology
- Seminar on Impact of Climate Change on Coastal Risks
- Coastal areas at a time of climate change
- Draft plan for preventing marine inundation and flas floods
- Installation of a RONIM tide gauge at Fos-sur-Mer
- National coordination for the observation of sea levels
- Installation of a tide gauge at Toamasina
- Height of water observed by SHOM during the passage of storm Xynthia
- 2009
- 2008
- Installation of a tide gauge in Mayotte for the tsunami warning system in the Indian Ocean
- SHOM will take part in setting up a tsunami warning system
- Brest tide gauge : 300 years of observation
- Digitizing, transforming and validating paper records of sea level variations, called marigrams by NUNIEAU
- Radar tide gauges in France and monitoring of tide gauge-performance
- Modernisation Toulon and Nice tide gauges on 20 and 26 mai 2008