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.

 

Logo des 13èmes Journées nationales génie côtier génie civil 2-4 juillet 2014 Dunkerque

 

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

D'autres actualités gravitant autour de la marégraphie sont à découvrir :