Modélisation de l'évolution passée et future du trait de côte sableux et de ses incertitudes : vers une approche holistique

Modelling past and future sandy shoreline change and the respective uncertainties : toward a holistic approach

• Auteur / Autrice : Maurizio D'Anna
• Direction : Bruno Castelle, Deborah Idier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'environnement
• Date : Soutenance le 10/02/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Pessac, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : METHYS - Modélisation Expérimentale et Télédétection en HYdrodynamique Sédimentaire
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Talence, Gironde ; 1999-....) - Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux
• Jury : Président / Présidente : Eric Barthélémy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Castelle, Deborah Idier, Albert Falqués Serra, Fernando J. Mendez, Marissa L. Yates, Giovanni Coco, Kristen Splinter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Barthélémy, Albert Falqués Serra

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plages

Plages -- Érosion

Littoraux -- Modifications

Mots clés libres

Modèles d’équilibre de trait de côte

Modeliisation numerique

Ingenierie cotiere

Analyse des incertitudes

Remontee du niveau marin

Shoreline morphodynamics

Coastal modelling

Coastal engineering

Uncertainty analysis

Sea-Level rise

Résumé

L’évolution du trait de côte le long des littoraux sableux répond à une multitude de processus qui interagissent entre eux sur différents échelles spatiales et temporelles, compliquant considérablement sa prédiction. La modélisation de l’évolution du trait de côte est dépendante des incertitudes associées aux conditions de forçage (e.g. niveau de la mer et régime de vagues) ainsi que par des incertitudes liées aux hypothèses des modèles utilisés. Malgré les progrès récents réalisés dans la quantification des effets des incertitudes liées de la remontée du niveau marin, la compréhension des incertitudes de prédiction d’évolution du trait de côte sous l’action combinée des vagues et du niveau marin est encore limitée. Afin d’examiner l’influence de ces différentes sources d’incertitude sur les évolutions du trait de côte modélisées, cette thèse propose un cadre probabiliste qui combine des modèles d’équilibre en réponse à l’action des vagues, un modèle de réponse à la remontée du niveau marin, et des méthodes de décomposition de la variance. Cette approche est utilisée pour analyser les incertitudes associées à l’évolution pluri-décennale passée et future sur la plage du Truc Vert (France), dominée par processus transversaux. Les interactions des effets de la remontée du niveau marin et de l’action des vagues n’ayant pas fait l’objet d’analyse conceptuelle détaillée, ce travail présente aussi une nouvelle interprétation physique de la réponse de plage à la remontée du niveau marin pour soutenir l’intégration de ce processus dans les modèles d’équilibre du trait de côte. L’évolution du trait de côte sous les effets combinés des vagues et de l’augmentation du niveau marin révèle des interactions complexes entre les différents facteurs, contribuant aux incertitudes sur les prévisions de trait de côte. Les incertitudes sur les prédictions du trait de côte au Truc Vert pendant le 21ème siècle sont contrôlées par les incertitudes sur les conditions futures de vagues et les paramètres des modèles pendant la première moitié du siècle. Puis, dans un deuxième temps, les incertitudes sur la remontée du niveau marin deviennent dominantes dans les dernières décennies du siècle. Quand les incertitudes de la remontée du niveau marin sont négligeables, les incertitudes sur la variabilité des conditions de vagues deviennent dominantes, représentant jusqu’au 83% des incertitudes associée au trait de côte simulé. Les résultats montrent aussi que les incertitudes sur les projections du trait de côte sont influencées par les hypothèses des différents modèles d’équilibre ainsi que le scénario de climat futur.

Shoreline change along sandy coasts responds to a myriad of processes interacting at different spatial and temporal scales, making shoreline predictions challenging. Shoreline modelling inherits uncertainties from the primary driver boundary conditions (e.g. sea-level rise and wave forcing) as well as uncertainties related to model assumptions and/or misspecifications of the physics. Despite the recent progresses in addressing uncertainties related to sea-level rise (SLR), the uncertainties related to wave-driven shoreline response are still poorly understood. This thesis gathers wave-driven equilibrium shoreline models, SLRdriven recession models, and variance decomposition methods into a probabilistic framework to investigate the roles of several sources of uncertainty in modelled shoreline change. The framework is applied to analyse the uncertainties associated with past and future multi-decadal shoreline evolution at the cross-shore transport dominated sandy beach of Truc Vert (France). As the physics of the combined action of waves and sea-level rise has not yet been described in detail, the thesis also presents a novel physical interpretation of the beach response to sea-level rise to support the integration of SLR-driven recession into equilibrium shoreline models. Shoreline response under the coupled effects of waves and SLR reveals complex patterns and interplays of the several contributions of uncertainties to shoreline predictions. Overall, uncertainties on Truc Vert shoreline predictions across the 21st century are driven by the uncertain model free parameters and wave conditions over the first half of the century. Then, the uncertainties on SLR become the dominant driver over the last decades. When uncertainties on SLR are negligible, the uncertainties of wave conditions variability are responsible for up to 83% of the uncertainties in modelled shoreline. It is also observed that the uncertainties in modelled shoreline trajectories depend on the underlying physical assumptions of different equilibrium shoreline models and future climate scenario.