Estimation des niveaux marins extrêmes avec et sans l’action des vagues le long du littoral métropolitain

Estimation of extreme marine sea levels with and without wave component along the French coasts

• Auteur / Autrice : Xavier Kergadallan
• Direction : Michel Benoit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Côtier
• Date : Soutenance le 01/10/2015
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hydraulique Saint-Venant (Chatou, Yvelines) - Laboratoire d'Hydraulique Saint-Venant / Saint-Venant Laboratory for Hydraulics / Saint-Venant
• Jury : Président / Présidente : Philippe Bonneton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Benoit, Pietro Bernardara, Valérie Monbet, Guy Wöppelmann, Gaël André
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luc Hamm, Dominique Idier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marégraphes

Marées

Mer -- Niveau

Mots clés libres

Niveaux marins extrêmes

Niveau d'eau

Surcote de pleine mer

Marée

Wave set-Up

Dépendance surcote marée

Extreme marine sea levels

Sea level

Skew surge

Tidal level

Wave set-Up

Tide surge dependence

Résumé

Pour caractériser le risque de submersion marine, il est très important d'avoir une connaissance précise des lois de distribution des niveaux d'eau marins, et plus particulièrement des niveaux d'eau extrêmes. En effet ce sont eux qui sont à l'origine des conséquences les plus dramatiques. Le programme de recherche mené au cours de cette thèse a été financé par le Ministère de l'Écologie, du Développement Durable et de l'Énergie. L'objectif final est de fournir des valeurs de référence de niveau d'eau marin le long des côtes françaises, par le biais d'une méthode d'analyse statistique des extrêmes. Ces niveaux comprennent les trois composantes suivantes : la marée, la surcote météorologique et le wave set-up. Le principe de base utilisé est le suivant : une analyse statistique est effectuée aux ports où la donnée marégraphique est disponible, puis le résultat est interpolé entre les ports. Différentes approches sont testées. Les points suivants sont en particulier étudiés :- la dépendance marée surcote, avec deux différents types de dépendance, une dépendance temporelle et une dépendance en amplitude ;- la méthode d'interpolation, avec la comparaison d'une analyse site-par-site (ASS) avec une analyse régionale (RFA), et celle d'interpolations 1D et 2D ;- l'estimation du wave set-up, basée sur l'état de l'art des formules paramétriques ;- la dépendance surcote vagues, avec des lois bi-variées de valeurs extrêmes. Le résultat final se présente sous la forme de deux profils de niveau d'eau de période de retour 100 ans : le premier sans l'action des vagues (marée et surcote météorologique) et le deuxième avec l'action des vagues. Les valeurs les plus élevées sont atteintes, pour le littoral de la Mer du Nord, la Manche et l'Atlantique, en Baie du Mont-Saint-Michel (à cause des conditions de marée), et pour le littoral méditerranéen au niveau de Marseille. L'analyse montre que la modélisation de la dépendance temporelle marée surcote n'influe pas significativement sur les estimations des valeurs extrêmes. Par contre la modélisation de la dépendance en amplitude donne des résultats intéressants pour certains ports. En comparaison avec l'ASS, la RFA tend à lisser les résultats. Les estimations issues de la RFA sont supérieures pour le littoral méditerranéen, et équivalentes pour le littoral de Mer du Nord, Manche et Atlantique. La RFA serait recommandée pour l'estimation des niveaux de retour en dehors du domaine de validité de l'ASS.À cause du petit nombre de sites d'observation, il est préféré une interpolation 1D le long du trait de côte lissé. Le wave set-up est calculé par la formule de Dean et Walton [2009].La dépendance surcote vagues est moyenne le long du littoral méditerranéen. Le facteur de dépendance montre des variations plus importantes le long du littoral de Mer du Nord, Manche et Atlantique, avec un maximum observé en Baie de Seine et des minima en Baie de Mont-Saint-Michel et au niveau de Calais. Des suggestions sont faites pour améliorer les méthodologies développées et appliquées dans le cadre d'un futur travail

Accurate knowledge of the statistical distribution of extreme sea levels is of the utmost importance for the characterization of flood risks in coastal areas, with a particular interest devoted to extreme water levels because they may induce the most dramatic consequences. Research was funded by the French Ministry of Ecology, Sustainable Development and Energy to identify the risk of flooding from the sea in France. The aim is to provide values on design levels along the French coasts by a statistical method of extreme value analysis. These levels must include the effect of the three following components: tide, meteorological surge and wave set-up. The principle is as follows: an analysis is carried out at the harbours, where seal level observations are available, then the result is interpolated between the harbours. Different approaches are tested. In particularly, the following specific items are studied:- the tide surge dependence, with two different types of dependence: a temporal dependence and an amplitude dependence;- the interpolation method: with the comparison of a site-by-site analysis (SSA) with a Regional Frequency Analysis (RFA), and a 1-D with a 2-D interpolation;- the estimation of the wave set-up, based on the state of art of parametric formula;- the surge wave dependence, with the bivariate laws of extreme values. The final result is two profiles of the 100-year water level: one for the still water level (tide and meteorological surge), and the other for the sea level with the wave set-up. The highest sea levels are located, for the English Channel and Atlantic coasts at the Saint-Michel-bay (because of the tide), and for the Mediterranean coast around Marseille. The analysis shows that the temporal tide surge dependence has no effect on the estimation of the sea level extreme values. In contrast, the model of the amplitude tide surge dependence shows some interesting results for few harbours. In comparison with the SSA, the RFA tends to smooth the result. RFA estimates are higher along the Mediterranean coast, and similarly along the English Channel and Atlantic coasts. RFA would be recommended for estimating return levels out of the SSA validity domain. Because of the small number of observation sites, a 1-D interpolation, along a smoothed coastline, is preferred. The wave set-up is calculated with the formula of Dean and Walton [2009].The surge wave dependence is medium along the Mediterranean coast. Variations of the dependence factor are more important along the English Channel and the Atlantic coasts, with a maximum at the bay of the Seine and some minima at the bay of Saint-Michel and Calais. Some ideas are provided to perform the methodology for further work