Hypothèses de travail

Le changement climatique induit un changement dans la fréquence et l’amplitude des évènements extrêmes affectant les milieux côtiers méditerranéens. Les données disponibles permettent de modéliser ce fonctionnement. L’évaluation de l’alea côtier est affrontée à la définition de nouveaux seuils de fragilité des systèmes littoraux (plages, dunes) et des hydro-systèmes associés (lagunes).

On fait l’hypothèse :

1. qu’il existe des corrélations entre les forçages climatiques et les impacts géomorphologiques et hydrologiques à différentes échelles de temps,
2. qu’il est possible de simuler des scenarii climatiques régionaux (définition des forçages actuels et potentiels à l’échelle du territoire retenu : peut-on y qualifier le changement climatique en cours ?) et leurs conséquences sur les phénomènes érosifs et de submersion.

Méthodes, outils et protocoles envisagés

Le projet associe des chercheurs dont les méthodes et les outils diffèrent. Chaque volet thématique sera abordé par sur des bases méthodologiques différentes (climatologie, géomorphologie, hydrologie, sciences sociales). La confrontation des résultats et l’élaboration d’une synthèse supposent des réunions semestrielles pendant 18 mois, puis une réflexion collective aboutissant à un rapport commun au cours des six derniers mois du programme.

Les phases

Phase 1. Analyse climatique

Des analyses préliminaires (Ullmann, 2003) ont montré que les surcotes en Camargue (site du Grau de la Dent) étaient principalement déterminées par une très forte dépression au niveau du Golfe de Gascogne, fréquemment associée à un anticyclone sur le centre de l’Europe Centrale. Cette configuration barométrique suscite un fort vent de secteur sud ainsi que des conditions dépressionnaires sur le Golfe du Lion. Un premier volet de ce projet considère l’extension de cette analyse préliminaire afin de préciser (i) la stabilité temporelle de la relation entre cette configuration barométrique et les surcotes / fortes houles ; (ii) l’évolution temporelle, en terme de fréquence et d’intensité, de ces configurations barométriques particulières. La prise en compte d’une longue période (enregistrements marégraphiques de Marseille et du Grau de la Dent et enregistrements barométriques quotidiens depuis un siècle) doit permettre de tester la stabilité de la relation entre les surcotes et les champs de pression. L’analyse doit être élargie à d’autres enregistrements marégraphiques sur la côte méditerranéenne (fig.1) afin de détecter un signal “ régional ” et les éventuelles spécificités de chaque site. Une fois cette étude réalisée, il conviendra de rechercher les relations entre cette variabilité temporelle et les modes “ lents ” de l’espace atlantico-européen (comme l’oscillation nord-atlantique). En effet, ces derniers semblent posséder un potentiel de prédictabilité (à l’échelle saisonnière-interannuelle) supérieur aux variations météorologiques quotidiennes. L’ensemble de ces analyses mobilisera des techniques statistiques uni et multivariées (Analyse en composantes principale, décomposition en valeur singulière, analyse en spectres singuliers etc.). Enfin, on recherchera les analogues atmosphériques des conditions météorologiques correspondant aux épisodes extrêmes (1997 et  1982, décembre 2003) pour valider les simulations climatiques débutant en 1950 ou en 1980. En effet, il est essentiel d’établir la validité des sorties de MCG sur plusieurs décennies contemporaines où il y a un moyen direct de comparaison avec les observations.

Deux types de prédiction peuvent être envisagés ; (i) les prédictions climatiques directes fournies par des modèles climatiques régionaux (MCR) de Météo France (ensemble de simulations fourni par M. Déqué) et du Hadley Centre (ensemble de simulation fourni par D. Viner, via le projet LINK). Les simulations climatiques forcées par les différents scénarii SRES1 sont disponibles ; les scénarii A2 et B2 (fig.2) seront privilégiés car de nombreux ensembles de simulation forcés selon ces scénarii existent et ils sont suffisamment différenciés pour offrir une mesure de la robustesse des résultats obtenus. Une fois que les conditions météorologiques associées aux surcotes ont été déterminées, d’analyser l’intensité et la fréquence dans les sorties de MCR. Cependant, on sait que ces simulations restent sujettes à caution en raison des problèmes liées à la représentation des échelles fines dans les MCR ; (ii) l’utilisation des schémas de désagrégation statistique des sorties de modèles de circulation générale (MCG ; ensemble de simulations fourni par J.F. Royer et D. Viner). La démarche est la suivante : si l’analyse des conditions actuelles et passées parvient à démontrer un lien statistique entre les conditions moyennes (mensuelles ou saisonnières) au-dessus de l’espace atlantico-européen et l’intensité/fréquence des conditions météorologiques associées aux surcotes et aux fortes houles, on peut alors utiliser les fonctions de transfert pour désagréger les prédictions des conditions moyennes issues des MCGs vers les conditions qui nous intéressent. Une première validation des schémas de désagrégation pourra être réalisée à partir des simulations de MCG-MCR de Météo France et du Hadley Centre réalisées sur le 20ème siècle (depuis 1950 en général). La comparaison entre les modèles de Météo France et du Hadley Centre est essentielle car elle permet de définir un intervalle de probabilité des simulations.

Phase 2. Analyse du recul du rivage et corrélations avec les tempêtes.

Les données utilisables pour ce projet sont nombreuses, mais hétérogènes spatialement et temporellement. Plusieurs échelles de temps seront donc analysées, afin de mettre en évidence la participation des tempêtes dans les tendances évolutives du trait de côte à moyen terme (50 à 20 ans) et à l'échelle de l'évènement. Dans ce dernier cas, il est possible d'analyser séparément les impacts sur le trait de côte, le cordon dunaire et la plage immergée.

Une analyse statistique sera menée entre les variations du rivage et les forçages climatiques pour déterminer si les tempêtes contrôlent le recul du rivage à cette échelle de temps et, si c'est le cas, caractériser un seuil d'efficacité en fréquence et en intensité. Deux types de données seront utilisées. A l'échelle du Golfe du Lion, les résultats acquis par photo-interprétation depuis 50 ans (répétitivité 5-10 ans ; Durand,1999 et Sabatier et Suanez, 2003). A l'échelle locale, quatre secteurs en érosion à fort enjeu économique (Salin de Giraud et de Petite Camargue dans le Delta du Rhône, Grand Travers, Maguelonne et Les Orpellières en Languedoc) disposent localement de mesures du recul du rivage avec une périodicité mensuelle depuis 20 à 40 ans. Ces données, rares sur le littoral français, seront corrélées avec la chronique connue des tempêtes, permettant l'analyser des impacts et du rechargement naturel à un pas de temps saisonnier, ainsi que les capacités de relaxation du système à l'échelle pluri-décennale.

Sur les cordons dunaires, deux méthodes seront associées : (1) le modèle numérique 2DV (SBEACH) permettra l'identification des dunes potentiellement soumises à l'attaque des vagues du fait de la réduction de la largeur de la plage. Calibré par le programme Liteau sur les plages de Camargue, ce modèle devra être aussi calibré dans le Languedoc-Roussillon à partir de données du SMNLR et de l'EID ; (2) la photo-interprétation diachronique sur des clichés inexploités permettra d'encadrer les tempêtes cinquantennale de 1982 et vingtennale de 1997 : on mettra l'accent sur l'espacement des brèches, leur largeur et leur capacité à induire la submersion de l'arrière côte en se basant sur les travaux de Jiménez et al., 1993. Un modèle numérique 3D des écoulements au niveau de la brèche et en arrière du cordon dunaire sera développé par le CETMEF à partir de la chaîne de modèles Reflux3D-Refonte-Sisyphe. L'objectif est ici de développer un nouvel outil de gestion numérique pour traiter des risques de submersion littoraux, applicables pour l'élaboration des PPR Littoraux.

Sur les petits fonds marins, les tempêtes posent des problèmes préoccupants pour la stabilité des ouvrages de défense côtière. Mais leur impact précis est mal connu dans le golfe du Lion en raison d'un faible nombre de mesures, très limitées dans l'espace (Akougango, 1997 et Certain, 2003). La synthèse récente des mesures bathymétriques réalisées par le SMNLR depuis plus de 10 ans (Pons et Sabatier, en révision) sera exploitée pour caractériser l'action des tempêtes de 1995 et de 1997 (variations morphologiques du profil de plage, de cubature, de pentes, évolution des barres d'avant côte). On ne sait pas en effet actuellement si une forte tempête isolée (1997) est plus destructrice que plusieurs tempêtes d’intensité moyennes (1995-1996) (Fenster et al., 2001). Cette réponse morphologique du système aux tempêtes est primordiale dans le cas d’une augmentation des fréquences de tempêtes.

Phase 3. Analyse de l’hydrologie d’une lagune pendant les tempêtes (cas de la Camargue)

La gestion hydraulique de l’hydrosystème semi poldérisé du delta du Rhône, en particulier des échanges entre les étangs du système Vaccarès et la mer, est exclusivement gravitaire. Il est donc dépendant des conditions éolio-marines sur le littoral (Chauvelon, in Rosecchi et al, 2003). Par ailleurs, l’altimétrie des étangs et des digues induit des risques de débordement sur les infrastructures routières et les zones urbanisées dès que le niveau de l’eau atteint 50 cm NGF. Ces risques sont amplifiés par les surcotes dues au basculement éolien des plans d’eau (+ 20 à 30 cm sur les rivages au vent). Ces phénomènes sont aggravés en cas de crue forte du Rhône, qui induisent un drainage systématique vers le Vaccarès, augmentant le risque de remplissage excessif de ce dernier. Enfin, la mise en charge du coin salé par la surcote marine provoque des entrées d’eau et de sel par infiltration au travers du corps de digue et du fond des étangs inférieurs.

Pour quantifier et analyser l’impact des tempêtes sur le fonctionnement hydrologique et hydraulique de l’hydrosystème camarguais, les flux de surface, gravitaires ou induits par les pompages seront modélisés en automne/hiver (Chauvelon et al, 2001 ; Chauvelon et al, 2003). L’influence du fonctionnement hydro-agricole précédent sera introduit sous forme de conditions initiales (niveau des plans d’eau, état hydrique des sols), avec les paramètres de pompage en fonction des débits/cotes du fleuve. Les conditions de forçage externes (niveau marin et vent) proviendront des simulations climatiques et de l’analyse statistique des données anémométriques existantes (successions temporelles de phases de vent fort de secteur sud et nord). Les données acquises à partir du réseau de limnigraphes seront utilisées pour caler le modèle hydrodynamique. Les résultats des simulations hydrodynamiques (réalisées sous SMS, modèle 2D-H) seront utilisées pour générer des fonctions d’échanges hydrauliques en fonction du vent et du niveau de remplissage dans le modèle conceptuel intégré développé sous Vensim TM , HIC “ Hydrologie de l’Ile de Camargue ” (Chauvelon et al, 2003). Le modèle HIC sera restructuré pour rajouter des modules permettant de modifier les apports ou les sorties par pompages supplémentaires.

La caractérisation du flux hydro-salin souterrain reste dépendante d’une bonne connaissance de la stratigraphie et des variations de salinité des différentes couches sédimentaires. Des résultats en attente concernant la description de la structure du sous-sol du delta (programme EURODELTA) pourront nous permettre un suivi piézométrique et de salinité pertinent dans cette zone d’interface. Dans le cadre de ce projet et de l’ORE RESYST, on s’attachera dans un premier temps à compiler les données existantes concernant le sous-sol du delta, dans le but de définir une géométrie simplifiée provisoire utilisable pour faire fonctionner un modèle théorique d’intrusion saline (SUTRA et/ou GMS). La formalisation de cette donnée complexe, mais importante dans le bilan hydro-salin du système, permettra d’analyser l’importance relative des flux par fort niveau marin sur une courte période  (tempêtes d’automne/hiver), par rapport à un gradient hydraulique plus faible mais prolongé dans le temps (période estivale). Des piézomètres existant au sud du delta de part et d’autre de la digue, pour lesquels des données historiques existent, seront aménagés pour un enregistrement en continu, afin de constituer une base de données préliminaire.

ette phase est primordiale en terme de retombées pour les utilisateurs finaux du comité de pilotage. A ce stade, une collaboration étroite entre gestionnaires et scientifiques sera donc nécessaire à travers des réunions de travail. Les résultats des Phases 1-2-3 doivent permettre d’établir des relations statistiques entre (i) les forcages climatiques (tempêtes, surcotes), (ii) l’évolution de l’hydro-système littoral et (iii) les situations hydrologiques extrêmes des lagunes. L’objectif est donc à cette étape de définir les seuils de l’efficacité hydro-morpho-dynamique des évènements météorologiques, afin de permettre les simulations basées sur les scénariis d’évolution du climat (2050-2100). Cette démarche semble réalisable, dans la mesure où nous disposons de séries temporelles longues pour les trois types de données, climatiques, morphologiques et hydrologiques (cf fig. 1 et annexe 1). D’autre part, on se donne pour but d’extraire les facteurs de contraintes propres aux territoires étudiés (diversité des milieux littoraux, des procédures de défense et de gestion côtière, de gestion hydraulique), afin de valider les données expérimentales et de discuter les incertitudes liées à la modélisation. Cette démarche devrait permettre d’aborder la question de la vulnérabilité, puis du risque, et des stratégies d’adaptation susceptibles de réduire les impacts négatifs du changement climatique.