Mesures et modélisations des évolutions du niveau marin, des vagues, des tempêtes et des évolutions des littoraux pour une gestion durable des littoraux

Résumé Fr En

Cet article fait une synthèse des résultats obtenus par notre équipe de recherche et présente quelques progrès récents dans le domaine de la mesure et de la modélisation des principaux facteurs d’évolution des littoraux, du niveau marin, des vagues et tempêtes, et des réponses morphologiques et stratigraphiques des côtes sédimentaires. Les mesures du niveau de la mer sont réalisées à la fois par altimétrie satellitaire et marégraphie et sont complémentaires tant par la distribution géographique des mesures que des durées des séries temporelles. Ainsi elles permettent à la fois d’estimer une valeur moyenne de l’élévation globale du niveau des océans (+ 1,7 mm par an sur le siècle passé) et de déterminer les variations relatives à la côte qui peuvent localement s’écarter notablement de la valeur moyenne (+10 mm par an dans certains secteurs du Golfe du Mexique, par exemple). La variabilité de la houle à long terme (60 ans) est évaluée à partir de modélisations validées par des mesures ponctuelles. Elle montre par exemple que, pour la zone nord-est Atlantique (au nord de 45° nord), la taille moyenne des vagues hivernales a augmenté de 0,70 m en 60 ans. Les conséquences de type de variation sont importantes, car le transport par les courants liés aux vagues est crucial dans l’évolution de nombreuses côtes et il varie entre autres en fonction de la hauteur des vagues. Les surcotes provoquées par les tempêtes en mer sont des causes majeures des submersions marines et de l’érosion des côtes. Seule leur modélisation permet d’explorer les processus physiques responsables de ces élévations locales et rapides du niveau de la mer, et d’évaluer leur rôle respectif. La modélisation de surcotes en Charente-Maritime a permis de quantifier les contributions respectives des couplages entre le vent, les vagues et le frottement sur le fond. Des améliorations de ces travaux en vue de prévisions à haute résolution sont en cours et utiliseront des données topographiques et des modèles à haute résolution grâce à l’emploi de codes de calcul parallélisés. Pour les périodes de temps plus longues (siècles à millénaires) les évolutions morphologiques et la stratigraphie des environnements côtiers sont utilisées pour leurs qualités en termes d’archivage sédimentaire des changements environnementaux. Ainsi les sédiments côtiers ont une mémoire des évolutions du niveau de la mer, des changements climatiques (climat de houle, débits des fleuves) et des perturbations d’origine anthropiques. Un exemple d’enregistrement sur plusieurs décennies à siècles des variations du climat de houle est apporté par l’analyse d’une flèche sableuse, la pointe d’Arçay en Vendée. Des études stratigraphiques comparatives de plusieurs systèmes estuariens et lagunaires actuels de France permettent de hiérarchiser les nombreux facteurs de contrôle de leurs évolutions. Elles soulignent en particulier le rôle prépondérant des variations du niveau marin et de la balance hydrodynamique entre la houle et la marée. Dans le cas des littoraux appauvris en sédiments, l’héritage géologique est également un paramètre important. Lorsque les variations du niveau marin sont modérées, ces systèmes sédimentaires sont sous le contrôle des changements climatiques et des activités anthropiques pour les périodes les plus récentes.

This paper is a synthesis of some results obtained by our research team and showing recent advances in measurements and numerical modeling of sea level variations, wave climate, storm surges and their consequences on the morphology and stratigraphy of sedimentary coasts. Sea level measurements, obtained from satellite altimeters and tide gauges, are complementary. They allow to estimate the global mean sea level rise (+1,7 mm per year for the last century) and local relative sea level rise which can deviate from the mean value (+10 mm per year in some areas of the Gulf of Mexico). Long-term (60 years) wave climate variability is investigated by means of numerical modeling. Linear trend analysis over the studied period shows a significant increase of winter-mean wave height (up to 0.7 m in 60 years) at northern latitude (north of 45° north). Such long-term changes must be taken into account for coastline evolutions. Storm surges are major forcing events for coastal marine inundations and erosions. Numerical modeling allows understanding the physical processes responsible for those local and rapid sea level elevations. Storm surges modeling on the Charente-Maritime coast has allowed to quantify the respective contributions of coupling between wind, waves and bottom friction. Storm surge modeling improvement is in progress by using accurate topographic data and parallel numerical simulations. For long-term periods (centuries to millennia) morphological evolutions and high sedimentation rate of sedimentary coasts can be used to reconstitute past environment changes. Coastal sediments record sea level variations, climate changes (in terms of wave climate and river discharges) and human activities. An example of sediment record of the wave climate for the last decades and centuries is given by the Arçay sand spit. Comparison between stratigraphic records of modern estuaries and lagoons in France, allow unraveling the controlling factors of their evolutions. Sea level variations, hydrodynamic parameters (wave and tides) and morphology of the bedrock (in the case of sediment-starved coasts) are the main controlling parameters of estuaries and lagoons. When Sea level variations are moderate, evolutions of estuaries and lagoons area controlled by climate changes and humans activities for the most recent periods.