Promenade en mer extrême

ce qu'on verra quand on passe la souris

Tempête Christian le 27 octobre 2013 à Newhaven (Royaume-Uni).

Les zones côtières sont exposées aux actions de la mer : vagues, courants et variations du niveau moyen dus notamment à la marée et aux effets atmosphériques provoquant des surcotes (niveaux exceptionnels). Une bonne compréhension de ces phénomènes océano-météorologiques et de leurs régimes climatologiques est fondamentale pour assurer une défense efficace des zones côtières contre les risques de submersion marine lors de tempêtes. La conception et la maintenance d’ouvrages de protection côtière sont basées sur la connaissance précise des risques induits par les événements maritimes extrêmes.

La notion de niveau de retour des aléas maritimes est incontournable en ingénierie côtière. Par exemple, pour les états de mer, caractérisés par la hauteur de vague dite significative, le niveau de retour 100 ans correspond à la hauteur de vague dépassée en moyenne une fois tous les 100 ans. La branche de la statistique consacrée à la modélisation de l’occurrence de ces événements rares est la théorie des valeurs extrêmes. Une loi de probabilité des extrêmes est habituellement estimée à partir de l’échantillon des maxima annuels ou des valeurs les plus élevées d’une série de hauteurs de vagues, en provenance d’un site d’observation unique. Cependant, les incertitudes associées à l’estimation du niveau de retour 100 ans sont souvent assez importantes : la durée d’observation en ce site est en général limitée (de l’ordre de 10 à 30 ans dans le cas des vagues) et les observations de ce niveau peu nombreuses voire très rares.

Une solution possible pour réduire ces incertitudes est d’utiliser l’information provenant de sites similaires d’un point de vue statistique (i.e. leurs vagues extrêmes ont un comportement semblable). Ces sites sont rassemblés dans des régions dites homogènes, selon le principe de l’analyse régionale. Le regroupement des sites en régions homogènes  repose sur l’identification des empreintes spatiales typiques des tempêtes, à l’aide de méthodes de classification. En regroupant les hauteurs de vagues observées en différents sites d’une même région, on obtient une nouvelle série observée pendant une durée équivalente régionale. Cette durée équivalente, plus ou moins élevée selon le degré de dépendance spatiale dans la région, est en général bien supérieure à la durée d’observation d’un seul site, ce qui permet d’estimer les niveaux de retour avec une bien meilleure précision.

C’est à partir de ces estimations des niveaux de retour que les chercheurs du Laboratoire d’Hydraulique  Saint-Venant peuvent prédire les hauteurs de vagues que l’on risque de voir apparaitre en moyenne une fois tous les 100 ans ou une fois tous les 1000 ans. En fonction de ces prédictions, les ingénieurs de la protection civile peuvent dimensionner les ouvrages permettant de neutraliser ou limiter les dégâts que les tempêtes pourraient occasionner.

Brève rédigée par Jérôme Weiss, Michel Benoit et Pietro Bernardara (Laboratoire d’Hydraulique Saint-Venant) d’après leurs propres travaux.

Pour en savoir plus :

Crédits images : Flickr Simon Ingram.

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