Changement climatique - modification des vagues à la côte

Cette page fait partie de l'ouvrage intitulé "Impacts à long terme du changement climatique sur le littoral métropolitain" édité sous le numéro 55 d'octobre 2011 dans la collection "Etudes et ducuments" du Commissariat Général au Développement Durable du ministère en charge du Développement durable. Le sommaire et la présentation de l'ouvrage sont disponibles sur WIKHYDRO.

Ce que l’on constate actuellement

Définitions

Génération des vagues

La formation des vagues résulte du mouvement de l’air à la surface de l’eau qui provoque par frottement la formation d’oscillations. Du fait du caractère irrégulier du vent, les vagues se
propagent dans toutes les directions.
Lorsque le vent devient plus fort, une direction privilégiée apparaît. Les rides plus nombreuses et d’amplitude plus importante se composent en des ondulations de plus grande amplitude donnant une prise au vent supplémentaire et s’accroissant de plus en plus. Lorsque les vagues se sont propagées sur de grandes distances en dehors de la surface d’action des vents qui les ont produites, elles sont appelées houles. Elles ont alors un aspect ordonné, et sont quasi régulières à la fois en hauteur, période et direction.

Propagation des houles jusqu’à la côte

Les houles se propagent sans déformation tant que la profondeur est grande, c’est à dire supérieure à la demi-longueur d’onde.
À l’approche des côtes, elles subissent de fortes modifications par réfraction ou déferlement et par diffraction et réflexion lorsqu’elles rencontrent des obstacles.
Les modifications subies à l’approche des côtes sont directement liées aux caractéristiques des houles elles-mêmes (période T, longueur d’onde L, hauteur H, direction D) ainsi qu’à la bathymétrie, dont découle la profondeur d’eau.

Déferlement

La cambrure (H/L) augmente jusqu’à une cambrure limite, à laquelle le déferlement se produit. Le lieu de déferlement dépend directement de la profondeur d’eau.
Le déferlement est à l’origine d’une grande dissipation d’énergie.
Celle-ci débute avant le point de déferlement et se traduit par une variation du niveau d’eau. Cette élévation de la surface libre, comptée à partir du niveau d’eau au repos, est appelée set-up à l’intersection avec le trait de côte. Le run-up est la hauteur maximale, comptée à partir du niveau d’eau au repos, atteinte par la vague sur le rivage. Si celle-ci est supérieure au niveau du rivage ou à la crête des ouvrages présents sur celui-ci, le déferlement produira des franchissements.

Impact sur le littoral

La dissipation d’énergie lors du déferlement des vagues a plusieurs impacts au niveau du trait de côte, dont les principaux sont :
– mobilisation des sédiments meubles, érosion,
– déstabilisation des ouvrages,
– franchissements, submersion,

Évolutions observées au large

L’évolution en fréquence et en intensité des houles extrêmes n’est pas établie sur ces vingt-cinq dernières années. En particulier, les données mesurées de houle, qui permettraient de confirmer ou non ces informations issues de traitements numériques, n’ont pas une période d’observation suffisante [4].

Dans le cadre du projet Discobole (Données pour le dimensionnement des Structures Côtières et des Ouvrages de BOrd de mer à Longue Echéance) mené par EDF R&D associé au CETMEF, à l’UBO et au Laboratoire de Géographie Physique (CNRS), une base de données de houles a été réalisée par simulation numérique à partir de forçages météorologiques de 1979 à 2003 sur l’ensemble du littoral français Atlantique-Manche-Mer du Nord. L’analyse statistique menée sur les 25 années de houle produites a montré qu’en eau profonde, l’intensité des houles était stationnaire sur la période considérée. Cette période d’observation reste cependant encore faible pour dégager clairement des tendances.

Ce qui pourrait se passer

L’impact du changement climatique sur les vagues

Au large

Un des impacts du changement climatique est la modification du régime des tempêtes qui conditionnent vents et pressions, qui viendra probablement modifier d’une part, la génération des vagues, et d’autre part, les régimes de surcotes. L’évolution des houles en intensité et fréquence n’est cependant pas encore établie [29].

À la côte

L’impact le plus important sur les houles proviendra de l’élévation du niveau moyen de la mer. La modification du niveau marin, et donc de la profondeur, joue en effet un rôle significatif
dans la propagation des houles. Cette élévation aura peu d’impact sur les houles se propageant en grande profondeur mais un impact fort sur celles se propageant en profondeurs plus faibles au niveau des côtes (29), (30).
L’augmentation de la profondeur d’eau permettra, du fait d’une plus faible atténuation (29), à des houles plus importantes en hauteurs et périodes d’atteindre les côtes. En première estimation par fonds plats, une augmentation du niveau moyen de la mer d’un mètre se traduirait par une augmentation de la houle incidente de 80 cm (d’après Mac Cowan, 1891 ; Munk, 1949). Cet effet sera d’autant plus sensible que les fonds seront faibles.
L’énergie dissipée au niveau du trait de côte sera bien plus importante qu’auparavant.
Avant d’atteindre le trait de côte, en zone de shoaling secteur où les vagues se gonflent et se cambrent sous l’effet de la diminution de profondeur, les impacts sur les houles pourraient être les suivants :
– aux profondeurs les plus grandes, l’élévation du niveau moyen de la mer aura peu d’effet,
– aux les profondeurs plus faibles, les effets du shoaling seront plus faibles pour des vagues équivalentes mais des vagues plus importantes pouvant se propager, les effets de celles-ci seront alors plus forts.

Impacts sur le littoral

Les impacts du changement climatique seront les plus importants sur les zones soumises aux houles déferlantes, dans les petits fonds à proximité des côtes :
– plus fortes dissipations d’énergie au niveau du trait de côte accroissant les phénomènes d’érosion, l’élévation du niveau de la mer sera accompagnée d’une récession générale du trait de côte [29], importants dégâts sur les ouvrages en faibles profondeur (ouvrages de défense,...), déstabilisation due aux départs de sédiments, endommagement des carapaces,
– augmentation du run-up entraînant des franchissements par paquets de mer et des submersions marines. Des événements de franchissements liés aux vagues aujourd’hui considérés comme exceptionnels pourraient devenir plus courants du fait de houles plus fortes atteignant la côte grâce à une profondeur d’eau plus grande.
Ces impacts seront plus forts sur les littoraux à faibles marnage, du fait de la nécessité sur les côtes à plus fort marnage d’une concomitance entre les niveaux hauts de pleine mer et de fortes houles.

Bibliographie

[4] MEDAD, Changement climatique et prévention du risque sur le littoral – Séminaire sur la prévention des risques naturels majeurs du 19 septembre 2007, Paris, MEDAD, 2007, 70 p.

[29] WANG X.L., SWAIL V.R., “Historical and possible future changes of wave heights in northern hemisphere oceans”, in : Atmosphere Ocean Interactions Volume 2 / Perrie W., Southampton, Wessex Institute of Technology Press, 2004.
[30] TEISSON C., Surélévation future du niveau de la mer. Conséquences et stratégies dans l’aménagement du littoral, CETMEF, 1992.

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