Дисертації з теми "Mer – Niveau – Effets des vagues"

Les surcotes et submersions marines associées aux tempêtes peuvent entraîner des catastrophes majeures. Les surcotes correspondent à une élévation temporaire du niveau moyen de la mer, induite par les gradients de pression atmosphérique, le vent et les vagues. La dissipation des vagues en zone littorale génère une augmentation du niveau moyen à la côte, le wave setup, qui contribue aux surcotes. Cette thèse de doctorat examine les contributions des vagues aux surcotes, notamment le wave setup, dans différents milieux littoraux en combinant l’analyse de données in-situ et la modélisation numérique à haute résolution. En premier lieu, la contribution du déferlement de vagues de tempête à l’embouchure de deux environnements abrités des vagues est étudiée. Les résultats montrent que le wave setup généré représente 40% du pic de la surcote dans l'Estuaire de l'Adour et 23% dans le Bassin d'Arcachon. La dissipation des vagues et la circulation moyenne induite sont ensuite analysées sur un estran rocheux. La forte rugosité de l’estran a deux effets antagonistes sur le wave setup : (1) les vagues sont fortement dissipées par frottement au fond, ce qui réduit le wave setup par rapport à un fond sableux ; (2) la circulation induite par les vagues sur un fond rugueux augmente le wave setup. Enfin, la dissipation des vagues et le wave setup sont examinés sur un pré salé. Lors de l’épisode de mer de vent étudié, la végétation halophyte du pré salé explique 65% de la dissipation des vagues, ce qui réduit le wave setup par rapport à un cas sans végétation. De nouvelles mesures sont nécessaires pour analyser l'effet sur le wave setup des non-linéarités des vagues sur un fond végétalisé
Storm surges and associated coastal flooding can result in major catastrophes. Storm surges correspond to a temporary rise in sea level driven by atmospheric pressure gradients, wind and short waves. In particular, the dissipation of short waves in the nearshore drives a mean water level increase, the wave setup, which contributes to storm surges. This PhD thesis examines the contributions of short waves to storm surges, notably the wave setup, in contrasting coastal environments. To that end, the analysis of field data is combined with high-resolution numerical modelling. First, this work investigates the contribution to storm surges of very large storm waves breaking at the inlet of two wave-sheltered environments. The results indicate that the resulting wave setup contributes up to 40% and 23% to the storm surge peak in the Adour Estuary and the Arcachon Lagoon respectively. Second, the dissipation of storm waves and the resulting depth-varying circulation are analysed at a rock shore platform. Two counteracting effects of the high bottom roughness on the wave setup are identified: (1) waves suffer a strong dissipation by bottom friction, which reduces the wave setup compared to a smooth bottom; (2) the wave-induced circulation over a rough bottom enhances the wave setup. Lastly, waves and wave setup dynamics are investigated on a salt marsh. During the studied wind sea event, the halophytic vegetation of the salt marsh accounts for 65% of the wave dissipation, which reduces the wave setup compared to a case without vegetation. New field measurements on salt marshes are needed to explore the effect of wave non-linearities on the wave setup in vegetation fields

En zones pré-littorales micro tidales (entre -2 m et -90 m de profondeur), lors d'événements de tempête, caractérisés par la présence de fortes houles, les modèles de circulation côtière "classiques" n'arrivent pas à reproduire les courants 3D mesurés. Le but de cette étude est de mettre en place un modèle numérique tridimentionnel, nommé RESYFE, capable de rendre compte des effets de la houle sur la circulation lors des tempêtes. Pour ce faire deux modèles largement validés, SYMPHONIE et REF/DIF, ont été couplés suivant la théorie développée par Mellor (2003). Après avoir réalisé différentes études de sensibilité du modèle RESYFE, les résultats du modèle ont été confrontés à des mesures de courant réalisées durant deux tempêtes distinctes dans le golfe du Lion, l'une en novembre 1999 dans la baie de Banyuls et l'autre en février 2004 devant l'embouchure de la Têt. Une application sur le golfe d'Aigues-Mortes permet de rendre compte de l'effet des tempêtes académiques sur le transport sédimentaire modélisé selon Soulsby (1997). Enfin, l'utilisation de RESYFE sur une application au Jurassique, montre qu'un tel modèle peut aussi permettre de confirmer les hypothèses des sédimentologues
Classical coastal circulation models can not reproduce the strong measured three-dimensional currents during storm events, especially at the midshelf scale ( -2 m to -90 m depth) for microtidal seas. The aim of this study is to implement a 3D numerical model (RESYFE) which takes into account the swell effects on the circulation. This model couples REF/DIF and Symphonie models following the physics described by Mellor (2003). RESYFE model is first tested on academic cases in order to validate the numerical implementation. Secondly, in order to compare the model results with measurements, simulations are carried out on realistic cases : the storms of november 1999 in the Banyuls Bay, and of february 2004 off the Têt river. Thirdly, application of the model in the Gulf of Aigues-Mortes shows the effects of storms on sedimentary transport modeled according to Soulsby (1997). Finally, an application of the RESYFE model on an ancient (Jurassic) basin shows that this model can confirm the sedimentologic interpretations

Ce travail experimental a ete mene dans la grande soufflerie d'interaction ocean-atmosphere de l'irphe afin de contribuer a l'etude des mecanismes de transferts de quantite de mouvement a travers l'interface air-eau, et notamment par vent fort. Les resultats obtenus nous ont permis de quantifier la contribution du facteur de forme au flux total de quantite de mouvement pour differents etats de mer. Les mecanismes de transferts responsables de l'amplification des vagues different selon le stade d'evolution de la vague. Il apparait que la trainee de forme, due aux forces de pression induite, transfere l'essentiel de la quantite de mouvement recue par les vagues de gravite jeunes et cambrees. Cette etude concernait en particulier le mecanisme de decollement de l'ecoulement d'air a la crete des vagues. A cet effet un capteur original a ete mis en uvre permettant la detection systematique des decollements. Ce processus concerne surtout les vagues jeunes et cambrees, deferlantes ou proches du deferlement et sa frequence d'apparition augmente lineairement avec la cambrure de la vague dominante. Il induit des mouvements organises dans l'ecoulement d'air a proximite immediate de l'interface, modifiant les champs de pression et de vitesse. Cela se traduit par une brusque augmentation de la correlation pression-pente locale. L'effet de ce mecanisme physique devient alors preponderant pour le transfert de quantite de mouvement du vent aux vagues par vent fort. Cependant, l'apparition de decollements induit une diminution de la tension du vent sur la face aval de la vague dominante, entrainant une attenuation des mecanismes de generation des vagues de capillarite. La reponse du diffusiometre presente alors une asymetrie le long du profil de la vague dominante. L'ensemble des resultats demontre l'importance du processus de decollement dans les mecanismes de generation et d'amplification des vagues par le vent

La banquise, qui couvre de larges étendues de l’océan près des pôles, est une composante majeure du climat. Le réchauffement de la planète entraîne sa fonte massive, en particulier en Arctique.Là où l’extension de la banquise diminue, l’augmentation du fetch est associée à une élévation de la hauteur des vagues, laissant penser que les effets liés aux interactions vagues-glace pourraient s’accroître dans le futur. L’évolution rapide de la banquise associée à l’intensification des activités humaines dans les régions polaires pressent à améliorer notre connaissance de ces interactions.La banquise atténue les vagues. Elles peuvent néanmoins s’y propager et briser la glace sur de longues distances. L’atténuation dépend des propriétés de la glace comme l’épaisseur, la taille des plaques... Les plaques de glace une fois cassées sont plus susceptibles de dériver et de fondre. En outre, lors de l’atténuation, les plaques sont poussées dans la direction de propagation des vagues.Une représentation simple de la banquise dans un modèle de vagues intégrant une distribution de la taille des plaques nous a permis de montrer l’importance des mécanismes dissipatifs dans l’atténuation, notamment ceux induits par la flexion de la glace.Après avoir été validé, ce modèle a été couplé à un modèle de glace. La taille des plaques est échangée et utilisée dans le calcul de la fonte latérale. La force exercée par les vagues sur la banquise est également envoyée depuis le modèle de vagues. En été, cette force compacte la glace et tend à diminuer la fonte, augmentant significativement la température et la salinité des eaux de surface au bord de la banquise
Sea ice, which covers most of the ocean near the poles, is a key component of the climate system. Global warming is driving its massive melting, especially in the Arctic. Where sea ice cover decreases, fetch increases leading to more energetic sea states. This means potentially enhanced wavesice interactions effects in the future. The quick evolution of sea ice extent and volume combined with the intensification of human activities in polar regions urge us to improve our understanding of waves-ice interactions.Sea ice attenuates waves. They can however propagate through it and break it far into the ice cover. Attenuation depends on ice properties such as floe size, thickness, etc. Once broken, resulting floes are more likely to drift and melt. In addition, wave attenuation yields a force which pushes the floes in the direction of wave propagation.A simplified representation of sea ice, including a floe size distribution, has been incorporated in a wave model.It allows us to show the important contribution of dissipative mechanisms in the wave attenuation, especially those induced by the bending of the ice plates. After validation, the modified wave model is coupled to an ice model. The floe size distribution is exchanged in the coupled framework and used in ice lateral melt computation. The force exerted by the waves on the ice floes is sent from the wave model and is shown to compact sea ice in summer. This reduces the melting and significantly increases the temperature and salinity in the surface ocean close to the ice edge

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

Dans quelle mesure les variations du niveau marin actuelles agissent-elles sur la mobilité du trait de côte? Cette question est difficile en raison du caractère lacunaire des jeux de données côtières disponibles. Cette thèse montre tout d'abord qu'il est possible d'évaluer l'élévation relative du niveau de la mer en combinant l'interférométrie radar satellitaire l'analyse de données géodésiques ponctuelles telles que le GPS. Elle examine ensuite le cas de littoraux ayant fait l'expérience d'une élévation du niveau de la mer sensiblement différente de la moyenne globale lors des 50 dernières années. Dans le cas d'atolls de Polynésie Française, les données disponibles montrent le rôle majeur des vagues saisonnières et cycloniques pour contrôler l'évolution du trait de côte. Dans certains secteurs, les effets des vagues sont suspectés se combiner avec l'élévation du niveau de la mer pour favoriser l'érosion de secteurs abrités. Dans le cas de la base de données côtière européenne Eurosion, environ 17 000 observations côtières sont disponibles et peuvent être analysées par une méthode d'exploration de données basée sur les réseaux Bayésiens. Une partie de la variabilité spatiale de l'évolution du trait de côte s'explique par le fait que les littoraux de Fennoscandie sont majoritairement en accrétion, alors qu'ils sont affectés par une baisse du niveau de la mer liée au rebond post-glaciaire. D'une manière générale, ces résultats suggèrent qu'il est encore trop tôt pour observer des effets érosifs évidents de l'élévation du niveau de la mer d'origine climatique. Une analyse probabiliste de l'équation du bilan sédimentaire côtier montre que si cette équation est vérifiée, les effets de l'élévation du niveau de la mer deviendront perceptibles à partir de la seconde moitié du XXIe siècle si les objectifs de réduction des gaz à effet de serre ne sont pas atteints. Finalement, cette thèse ouvre un champ de recherches dans le domaine des mathématiques appliquées pour l'étude des conséquences du changement climatique et de l'élévation du niveau de la mer dans les zones côtières
To which extent does present day sea-level rise affect shoreline changes? This question remains largely open due to the lack of knowledge and data regarding coastal hydrosedimentary processes and relative sea-level changes (i.e., including vertical ground motions). This PhD Thesis first addresses the question of measuring relative sea-level changes using a combination of geodetic data, including satellite-radar interferometry and permanent GPS stations. Then, it examines the case of coasts that experienced sea-level changes significantly different from the global average over the last 50 years. In the case of atoll islands of French Polynesia, the available data illustrate the major role of southern, trade and cyclonic waves in controlling shoreline changes. For some sheltered coasts, waves are suspected to combine with sea-level rise to favour shoreline retreat. In the case of the European coastal database Eurosion, about 17 000 coastal observations are available and have been analysed using a Bayesian network. Here, part of the spatial variability of shoreline changes can be explained by the fact that Fennoscandian coasts are not only accreting, but also uplifting due to the post-glacial rebound. Overall, these results suggest that it is still too early to observe obvious effects of climate-induced sea-level rise. A probabilistic analysis of the coastal sedimentary equation shows that under common assumptions on hydrosedimentary processes, sea-level rise impacts for beaches should become observable during the second half of the 21st century, if the efforts to maintain climate warming below the 2 C threshold fail. Finally, this PhD thesis offers opportunities for stimulating future research in the field of mathematics applied to the question of climate change and sea-level rise impacts to coastal zones

Les tempêtes marines peuvent affecter profondément l’état du littoral. Ce travail s’attache à décrire les processus morphodynamiques qui se produisent lors d’une tempête sur un littoral méditerranéen (très faible marée, mais agitation pouvant être violente). Les objectifs sont de mieux cerner les critères qui régissent les aléas érosion et submersion, et les changements morphologiques ayant lieux sur les plages et les avant-côtes sableuses à la suite de tels évènements. Une analyse des tempêtes historiques en L-R dégage les principaux critères d’une tempête qui s’avèrent morphogènes ou « à risque ». Un suivi très intensif des épisodes de fortes vagues et des évolutions sur le Lido de Sète à Marseillan montre ensuite l’importance de l’état morphologique du prisme sableux. Les bancs de sables proches de la plage contrôlent la dissipation de la houle et la courantologie sur l’avant-côte, ainsi que le déplacement d’importants volumes de sable. Ces morphologies évoluent différemment en fonction de leurs formes initiales, et dictent aussi fortement les zones érodées et submergées sur la plage lors de la tempête. Ces résultats apportent de nouveaux éléments pour la caractérisation des aléas et des secteurs vulnérables aux tempêtes marines
This work investigates the main morphodynamic processes that occur during storms on a microtidal barred beach (including erosion, flooding), typically influenced by an irregular stormy- wave climate. The overriding question is to define the more important settings involved in the (rapid) morphological response of the beach and shoreface. New regional historical analyses demonstrate the principal influence of storm wave height, determining impact levels (importance of run-up elevation). Big storm events are significantly involved in offshore migration of nearshore bars (N. O. M. Cycles). A large fieldwork campaign was conducted at the Lido of Sète in the Gulf of Lions. More than 20 pre- and post-storm surveys show the respective part of hydrodynamic conditions and steady morphological difference in term of nearshore bar which are either longshore uniform or rhythmic (due to NOM) over 4. Storms quickly modify the nearshore bar (and rhythmic patterns), and relocate large volume of sub-water sand, with a significant role of the wave direction and longshore currents. An intensive hydrodynamic campaign and a numerical circulation model clearly demonstrate the direct influence of bar patterns on surf zone currents in addition to wave settings. A new video monitoring during a storm group introduce the progressive but highly dynamic 3D-morphological change and longshore displacement of bar pattern at storm peak. During storm, bar irregularities have a large effect on sub-aerial beach impact. The predominant role of morphological feedback and inherited morphology (e. G. : pre-storm bar wavelength) is clearly demonstrated and constitutes the leading improvement of this work

La diminution de l'oxygenation arterielle et tissulaire - l'hypoxemie - se rencontre chez l'homme dans des conditions de diminution de la disponibilite de l'oxygene dans le milieu ambiant (hypoxie d'altitude, cas des residents permanents d'altitudes ou des visiteurs d'altitude), ou dans des conditions de diminution de l'efficacite des echanges gazeux respiratoires chez des personnes residents au niveau de la mer, telles que les bronchites obstructives chroniques ou les syndromes d'hypoventilation et les episodes d'apnees du sommeil. Divers ajustements phenotypiques permettent d'ameliorer l'apport, le transport et l'utilisation de l'oxygene pour l'ensemble de l'organisme : parmi ceux-ci l'hyperventilation chronique et la polyglobulie d'altitude agissent de concert pour augmenter l'oxygenation tissulaire. Diverses hormones sont susceptibles de modifier l'amplitude des reponses physiologiques a l'hypoxie. Ainsi, les steroides sexuels et les corticosteroides ont une influence marquante sur la physiologie et la physiopathologie des habitants ou visiteurs d'altitude. Une tres forte predominance de sujets masculins est observes dans les cas d'hypoventilation associees aux apnees du sommeil. Cette disparite s'attenue apres la menopause, le taux d'incidence chez les femmes rejoint alors celui qui est observe chez les hommes. De meme une fraction importante des natifs de haute altitude des regions andines, des montagnes rocheuses ou des hauts plateaux himalayens developpent un syndrome de desadaptation a l'altitude (mal chronique des montagnes) caracterise par une erythrocytose pathologique. Les patients presentent des hematocrites et des concentrations plasmatiques d'hemoglobine menacant gravement leur sante. Ces troubles pathologiques apparaissent chez les hommes apres la puberte et chez les femmes preferentiellement apres la menopause. Des dysfonctionnements respiratoires sont associes a l'apparition du mal chronique des montagnes : en dehors des cas cliniques presentant des facteurs obstructifs ou lies a des conditions environnementales defavorables (expositions a des poussieres et scories, tabagisme), les patients atteints de mal chronique des montagnes presentent une hypoventilation alveolaire chronique et une baisse de la chemosensibilite arterielle peripherique. Parmi les facteurs determinants ces differentes reponses, les steroides ovariens (progesterone et strogene) sont des candidats de choix qui agissent comme stimulants ventilatoires a action centrale et peripherique, et sont efficaces pour lutter contre les symptomes du mal chronique des montagnes. Le mal aigu des montagnes est un symptome qui apparait dans les premieres heures lors d'une exposition rapide a l'altitude. Une faible reponse ventilatoire a l'hypoxie est un des facteurs de predisposition au mal aigu des montagnes. La dexamethasone est un glucocorticoide de synthese efficace pour limiter les symptomes du mal aigu des montagnes, son action pourrait dependre en partie de modifications de la chemosensibilite peripherique. Le but de cette these est de mettre en evidence les modifications de la reponse chemosensible suite a divers manipulations hormonales. Des approches fonctionnelles (reponse ventilatoire chemosensible), neurochimiques (systemes catecholaminergiques centraux et peripheriques) et moleculaires (expression de genes specifiques dans les structures du chemoreflexe) ont ete utilisees afin de determiner les sites et mecanismes d'action de ces hormones chez des animaux adultes et au cours de la croissance.

L'objectif de ce travail de recherche est de (1) définir l'évolution du rivage et de la bathymétrie sur le long terme (siècle) sur différents types de plages de Méditerranée française (plages de poche de Provence, plages ouvertes du Golfe du Lion), (2) définir l'impact de l'élévation du niveau marin moyen, (3) déterminer l'impact des tempêtes. Ce travail se base sur un suivi topographique et bathymétrique important et sur une analyse par emboîtement d'échelles spatiales et temporelles qui s'inscrit dans une démarche de géomorphologie littorale quantitative. L'approche croisée de terrain et de modélisation (simulation des transports sédimentaires selon différents types de conditions d'agitation) permet d'adopter également une approche prospective nécessaire à la gestion de ce type de milieu. Les résultats indiquent que les plages de poche de Provence conservent un volume constant alors qu'elles ont perdu en moyenne ½ de leur surface en un siècle essentiellement du fait de la montée de la mer. Si la montée de la mer se poursuit, les plages de poche semblent menacées de disparition d'ici 2100. En Camargue, l'élévation du niveau marin joue un rôle minime dans les mouvements sédimentaires observés, car ils sont liés principalement liés à la houle. Enfin, l'analyse des tempêtes dans le Languedoc-Roussillon montre qu'elles peuvent être érosives ou constructives car leur impact morphologique dépend principalement du budget sédimentaire de l'avant côte plutôt que des caractéristiques hydrodynamiques des houles. A partir de ces constats, il s'agit de s'interroger sur la pertinence de concepts d'évolution de l'avant côte utilisés dans les études des dynamiques sédimentaires littorales.

Les tempêtes tropicales sont l'un des principaux moteurs des niveaux d'eau extrêmes notamment à cause des forts vents, des pluies torrentielles et des fortes houles qui les accompagnent. L'océan Pacifique nord-ouest est l'endroit où ces tempêtes tropicales (appelées typhons dans cette zone) sont les plus violentes au monde dépassant souvent les 95 nœuds de vent (175 km/h). L'île de Taïwan subit chaque année 3 à 4 typhons qui la frappent directement et une vingtaine qui passent à proximité de l'île. La quantification des variations du niveau instantanée de l'eau reste encore aujourd'hui un sujet de recherches actif. En effet, l'identification des processus physiques qui peuvent devenir dominants sur le niveau en conditions paroxysmales est cruciale pour la gestion et la protection des zones côtières. Ce travail de thèse basé sur une approche numérique, permet de discuter les mécanismes hydrodynamiques régionaux fondamentaux à l’origine de l’élévation du niveau d’eau le long de la barrière sableuse de Wan-Tzu-Liao au sud-ouest de Taïwan. L'utilisation du modèle de circulation 3D SYMPHONIE et du modèle de vagues WAVEWATCH III permet d'étudier la saison de mousson 2011 et la saison des typhons 2012 sur une zone s’étendant à environ 600 km autour de l’île de Taïwan. Ces simulations intègrent convenablement la totalité des forçages météo-marins ayant un rôle sur la circulation et le niveau d’eau à la côte : vent, flux atmosphériques, circulation grande échelle, marée, pression atmosphérique, rivières et vagues. Le couplage entre les vagues et les courants est complet en 3D et les deux modèles partagent la même grille de calcul. Par ailleurs, dans le cadre du projet franco-taïwanais KUNSHEN, un ensemble d'appareils a été déployé entre octobre 2011 et novembre 2012 le long d’un profil cross-shore de la barrière sableuse. La simulation complète de niveau d’eau rend compte des surcotes générées par les typhons avec une erreur de l'ordre de 0.1 m. Pour étudier les mécanismes hydrodynamiques, un ensemble de simulations a été réalisé afin d'isoler les contributions. Leur analyse montre que le forçage dominant est celui de la marée astronomique (~1 m), suivi par la circulation régionale (0.5-0.7m) puis des conditions météorologiques (0.2-0.3 m). Dans cette zone à forte dissipation énergétique, la contribution des vagues est négligeable avec moins de 0.1 m d'élévation. La contribution des rivières est, elle aussi, faible (< 0.1 m)
Tropical storms are the main engine of extreme water levels due to strong winds, abundant rainfalls and strong waves attached to these events. The western North Pacific ocean is one of places where these tropical storms (called typhoon in this area) are the most violent in the world exceeding 95 knots of wind speed (175 km/h). The island of Taiwan is located on the most of typhoons tracks which come from the western North Pacific. Every year, three or four typhoons strike Taiwan directly and around twenty pass near it. The quantification of instantaneous water levels variations is still studied by active researches. The identification of physical processes that can become dominant on water level during extreme conditions is crucial for the management and the protection of coastal areas.These PhD works, based on a numerical approach, allow to discuss the fondamental regional hydrodynamic mechanisms which control the sea surface elevation along the sandy barrier of Wan-Tzu-Liao located south-western Taiwan.We used the 3D circulation model SYMPHONIE and the wave model WAVEWATCH III to study the mousson season 2011 and the typhoon season 2012 on an area extending 600 km off Taiwan island. These simulations deal with most of the oceanographical forcings playing a role in the sea surface elevation at the coast : winds, air/sea fluxes, astronomical tides, regional circulation, rivers and waves. The coupling between waves and currents is fully in 3D and the two models share the same computational grid. Moreover, in the framework of the KUNSHEN project, a raft of devices were set in front of the Wan-Tzu Liao barrier from october 2011 to november 2012 along a cross-shore section. The full simulation of water level describes the storm surges generated by typhoons with errors of 0.1 m. With the aim to analyse hydrodynamic mechanisms, we performed a set of mono-forcing simulation that isolate each meteo-marine parameter. Their analysis show that astronomical tide is the dominant forcing (~1 m) followed by the regional circulation (0.5-0.7m) and the meteorological conditions (0.2-0.3 m). This zone displays a very strong dissipative feature that conducts to a very low waves contribution on the sea surface elevation (< 0.1 m). They display also a low contribution of rivers around Taiwan (< 0.1 m)

Cette thèse analyse la variabilité des surcotes et des niveaux marins extrêmes dans le Golfe du Lion et les conditions atmosphériques associées à différentes échelles spatio-temporelles de 1905 à 2100. Les surcotes sont des évènements d'échelle régionale dans le Golfe du Lion. Elles sont forcées par des vents de sud-est. A l'échelle des types de temps et du domaine nord Atlantique, les surcotes sont associées à "Greenland Above" (GA) et à la phase négative de l'Oscillation Nord-Atlantique (ONA). Au 20ème siècle, la hausse des niveaux marins extrêmes dépend de la remontée du niveau marin moyen et de l'élévation des surcotes, liée à l'augmentation de la fréquence des vents de sud-est. Paradoxalement, la fréquence des jours "GA" reste stationnaire et la phase de l'ONA montre une déviation positive. Au 21ème siècle, la hauteur et la fréquence des surcotes restent stationnaires dans les scénarios A2 et B2, mais la fréquence des niveaux marins érosifs pourrait considérablement augmenter.

Les estimations récentes montrent que le niveau moyen de la mer a monté de quelque vingt centimètres au cours du siècle dernier avec un rythme supérieur depuis 1993 (entre 2,9 et 3,7 mm/an).
Cette évolution aura un impact sur les populations côtières et sera à l'origine de risques naturels accrus.
Ainsi les composantes du niveau marin font l'objet de nombreux travaux scientifiques d'autant qu'ils font partie des meilleurs indicateurs pour évaluer le réchauffement climatique. Les études montrent qu'il faut disposer de séries temporelles de mesures supérieures à 60 ans pour estimer des tendances fiables sur les composantes du niveau marin. L'observation et la reconstitution des fluctuations de ce niveau sur les derniers siècles s'inscrivent au coeur des grands programmes de recherche sur le réchauffement planétaire.

Ces estimations masquent une grande variabilité d'une région à une autre. Qu'en est-il pour la côte atlantique française ? Le niveau moyen de la mer a-t-il évolué ? Quand ? De combien ? Autant de questions auxquelles nous allons tenter de répondre dans la partie II avec la série marégraphique de Brest, observatoire exceptionnel où des mesures systématiques du niveau de la mer sont réalisées depuis 1679 !

Mais avant cela, il était nécessaire de rechercher toutes les données anciennes de marégraphie potentiellement encore en archives, et dont la validation devait se révéler difficile. La partie I traite alors de l'évolution des méthodes d'observation du niveau marin en France, préalable indispensable au ciblage de nos recherches de mesures anciennes, d'une part, et donnée fondamentale pour compléter les séries d'observations contemporaines par les mesures anciennes retrouvées, d'autre part.

La flèche littorale du Cap Ferret s'est édifiée au cours des derniers 3 000 ans, à la faveur du ralentissement de l'élévation du niveau global des océans. Depuis 250 ans, les cartes marines révèlent une importante instabilité de l'extrémité libre de la flèche, à laquelle les travaux présentés dans ce mémoire tentent d'apporter une explication physique. Dans un premier temps le croisement des données cartographiques avec des données environnementales révèle la synchronisation des déplacements de la flèche avec d'une part l'Oscillation Nord Atlantique (NAO), et, d'autre part, les structuations décennales à multidécennales de la vitesse de l'élévation du niveau de l'Atlantique Nord-est. Les processus sous-jacents à cette synchronisation sont alors détaillés avec un modèle numérique de transport sédimentaire. Puis, l'érosion chronique de la flèche entre 1986 et 2016, ainsi que les mécanismes d'évolution de la plage océanique de la Pointe du Cap Ferret sont décrits et quantifiés à l'aide de données topographiques. A l'échelle locale, ces résultats apportent des preuves tangibles du rôle du climat dans l'érosion actuelle de la Pointe du Cap Ferret. D'un point de vue plus général, ces travaux contribuent à la meilleure description des processus contrôlant l'évolution des systèmes de barrières holocènes, dans le contexte actuel d'accélération de l'élévation du niveau de la mer
Low rates of global sea level rise have allowed the Cap Ferret coastal barrier-spit to develop since about 3 000 years ago. Over the last 250 years, navigation charts attest of a significant instability of the distal end of the spit, to which the present study aims to provide a physical explanation. First, the crossing of cartographic data with meteoceanic data reveals a strong relationship of the spit-end behaviour with, on the one hand, the North Atlantic Oscillation (NAO), and, on the other hand, decadal to multidecadal variations in the rate of sea level rise in the Northeast Atlantic. Underlying processes were then investigated using a numerical model for sediment transport. Finally, the chronic erosion of the spit between 1986 and 2016, as well as the evolution mechanisms of the oceanic beach of the spit-end are described and quantified by means of topographic data. Locally, these results support the role of climate in the ongoing erosion of the spit-end. From a wider perspective, this study brings new insigths on the processes controling the evolution of Holocene barrier systems, in the present context of an accelerating sea level rise

Les variations du niveau marin lors des grandes tempêtes affectent le littoral en provoquant de sévères inondations. L'objectif de cette thèse est d'apporter, grâce à la modélisation numérique (chaîne TELEMAC), une meilleure compréhension des phénomènes d'interaction entre surcote / marée / houle / vent dans la génération et la propagation des surcotes et des raz de marée dans les Pertuis Charentais, qui, grâce à une ligne de côte complexe et des faibles profondeurs, représentent un grand intérêt pour ce type d'étude. Dans cette thèse, nous avons démontré que la prise en compte de ces interactions est indispensable pour un modèle qui prétend à une prédiction précise des surcotes dans les Pertuis Charentais.

Les massifs dunaires de la côte picarde ont fait l'objet d'une analyse haute résolution sur des bases stratigraphique, sédimentologique, eustatique et paléoclimatique. Ce travail a été argumenté par plus de 60 nouvelles datations, par la recalibration des données anciennes disponibles et par la décompaction des tourbes et sédiments fins observés en sondages. Cette analyse a permis de bâtir une séquence chronostratigraphique régionale qui a ensuite été élargie aux séquences de la Mer du Nord, de la Manche et de la façade atlantique française. Ce travail d'inter-comparaison, qui a permis de réaliser une séquence d'enregistrements paléoenvironnementaux, a finalement été traduit en termes de stratigraphie séquentielle du prisme holocène. L'apport de cette étude a été de montrer: 1°/ le caractère relativement simple de la transgression holocène tout en incluant les MeltWater Pulses, 2°/ un maximum eustatique à environ 1 m 50 au-dessus de l'actuel (5500 BC), 3°/ une régression temporaire marquée au Subboréal, 4°/ un niveau marin légèrement régressif depuis malgré plusieurs petits maxima voisins de l'actuel et surtout, 5°/ une augmentation de la fréquence et de la violence des tempêtes depuis l'époque romaine. Ce dernier point est caractérisé par la mise en place de massifs dunaires et d'invasions marines épisodiques liées aux surcotes de tempêtes, confondues avec des épisodes transgressifs vrais. Ce travail montre finalement que l'essentiel de la formation des corps dunaires est plutôt contrôlé par le refroidissement progressif du climat depuis l'Optimum Holocène et par la réorganisation de la circulation atmosphérique qui en découle que par une régression eustatique importante.

Cette thèse présente une étude multi-échelle du rôle des vagues, du niveau de la mer et des infrastructures humaines pour comprendre l'évolution à long terme des 400 km de côte sableuse dans la Baie du Bénin (Golfe de Guinée, Afrique de l'Ouest). La morphologie côtière et les forçages océaniques sont mesurés au niveau local par un système d'observation vidéo et au niveau régional par télédétection satellite. De nouvelles améliorations des techniques vidéo montrent le potentiel des systèmes vidéo dans l'estimation journalière du profil de la plage, des vagues et du niveau de la mer à la côte. Les résultats révèlent l'influence dominante des vagues sur la variabilité côtière aux échelles événementielle (journalière) et saisonnière, tandis qu'aux échelles intrasaisonnière et interannuelle, le trait de côte est modulé de manière dominante par les changements du niveau de la mer. Sur des périodes plus longues (décennies), les influences anthropiques, telles que les ports en eau profonde et la réduction des flux sédimentaires fluviaux (à l'exemple de la Volta et le Niger) due aux barrages, modifient considérablement le transport sédimentaire, conduisant à l'apparition de plusieurs zones d'érosion. Ces observations à long terme sont reproduites de manière satisfaisante par le modèle de trait de côte mis en œuvre, en particulier à proximité des ports, et permettent d'estimer, par exemple, la quantité de sédiments nécessaire pour limiter l'érosion en aval du port de Lagos. Outre leur intérêt fondamental, ces résultats constituent un cadre solide pour l'amélioration des politiques côtières dans la région
This thesis presents a multi-scale investigation of the role of waves, sea level and human settlements to understand long-term coastal evolution of the 400-km long sandy Bight of Benin coast (Gulf of Guinea, West Africa). Coastal morphology and its ocean drivers are monitored using local shore-based video camera and regional satellite remote sensing. New video developpements show the potential of video camera in sensing daily beach profile, waves and sea level at the coast. The results reveal the dominant influence of waves on shoreline variability at the event (daily) and seasonal scales, whereas at the intraseasonal and interannual scales, the shoreline is dominantly modulated by sea level changes. Over longer periods (decades), anthropogenic influence, such as deep water harbours and the reduction of sediment river (such as Volta and Niger) discharge due to dams significantly alter sediment transport, creating several erosion zones. These observations over the long term are satisfactorily reproduced by the implemented shoreline model, specially in the vicinity of the harbors, and allows to estimate, for example, the amount of sediment nourishment necessary to limit erosion downstream of Lagos harbor. Beside their fundamental interest, these results put strong basis to improve regional coastal policies

Afin de protéger les littoraux maritimes des effets dévastateurs, les digues à talus maritimes sont le plus souvent utilisées. Les dysfonctionnements possibles de ce type d’ouvrage à talus sont la rupture de la carapace conduisant ensuite à la rupture d’ensemble de la structure et les franchissements dépassant le critère de sécurité. L’un des plus utilisé, le modèle semi-empirique de Van der Meer (1987), a été développé pour décrire les conditions de stabilité des digues en enrochements sous l’action de la houle. Ce modèle s’avère incapable de décrire précisément l’influence de la perméabilité réelle du noyau sur la stabilité de la carapace. D’autre, pour une digue, un accroissement du niveau du plan d’eau accompagné par des houles d’intensité accrue va conduire à des aléas de rupture et de franchissement bien supérieurs à ceux prévus lors de la conception de l’ouvrage. Pour le premier modèle physique étudié d’une digue en enrochement naturel, nous avons cherché une relation empirique entre le paramètre P utilisé dans le modèle de VdM et le coefficient de perméabilité Ks réel du milieu poreux constituant le noyau par les deux approches. Le deuxième modèle physique d’une digue en enrochement artificiel est d’étudier différentes solutions de renforcement de digues maritimes existantes vis-à-vis de la remontée du niveau des mers et océans due au changement climatique. Nous validons avec les modèles classiques de prédiction pour le scénario initial de niveau marin et proposons de modifications des formulations existantes pour des scénarios de surélévation du niveau moyen des points de vue du franchissement et de dommage
To protect the devastation on coastal maritime, the slope breakwater are mostly used. The possible malfunctions of this type of slope structure are the damage on armor layer leading to the rupture of the entire structure and the exceeding the safety criterion of overtopping discharge. One of the most used, the semi-empirical model of Van der Meer (1987), has been developed to describe the conditions of stability of armor breakwater under wave attack. This model is unable to accurately describe the influence of the real core’s permeability on the stability of the armor layer. Besides, for a sea dike, an increasing of water level accompanied by intensive swell will lead to the risks of more breakage and wave overtopping than those anticipated in the design of the structure. In the first physical model study of a rubble mound breakwater, we research the empirical relation between the parameter P used in the model VdM and real permeability Ks of porous medium constituting the core layer by two approaches. The second physical model of concrete breakwater is to study the different reinforcement solutions to strengthen the existing sea dikes which face to face the rise in the level of seas and oceans due to climate change. We validate the classical models of prediction for the initial scenario of sea level and propose the modifications of existing formulations in the scenarios of sea elevation from the points of view of damage and overtopping

Depuis quelques années, d’importants déplacements de populations sont régulièrement annoncés comme l’une des conséquences les plus dramatiques du changement climatique. Plusieurs dizaines de millions de personnes pourraient ainsi être contraintes à l’exil en raison des impacts du réchauffement global, selon les estimations alarmistes. Ces prédictions, pourtant, relèvent d’une logique largement déterministe, qui simplifie souvent la relation entre dégradation environnementale et migrations à une causalité directe, et néglige l’importance des cadres normatifs. Cette thèse prend le contre-pied de cette approche, et démontreque l’ampleur et la nature de ces flux migratoires ne dépendront pas uniquement des impacts du changement climatique, mais également – et surtout – des politiques qui seront mises en place pour limiter ces impacts et encadrer ces migrations. Au travers d'une approche constructiviste, la thèse se penche sur les réponses politiques apportées jusqu’ici aux mouvements de population provoqués par des dégradations environnementales. En particulier, elle examine l’émergence progressive de la question des « migrations environnementales » à l’agenda politique, et comment les politiques migratoires et environnementales ont évolué dans des sens différents pour traiter cette question. La traduction de ces politiques sur le terrain est examinée et comparée dans deux études empiriques: le déplacement massif de la population de La Nouvelle-Orléans suite à l’ouragan Katrina, et la migration progressive des habitants de Tuvalu, archipel du Pacifique Sud menacé par la montée des océans, vers la Nouvelle-Zélande
Massive population displacements are regularly forecast as one of the most dramatic consequences of climate change. The thesis shows that such an approch is overly deterministic, and argues that patterns of migration flows depend primarily on policy responses. In a constructivist approah, the research contends that the very conceptualisation of environmental migration, as a political construct, is contingent upon the normative frameworks and policy responses that aim to address it. These frameworks and responses are examined in two policy areas: migration policies and environmental policies. Two empirical studies, in New Orleans and Tuvalu, complement the analysis

La thèse, inscrite en octobre 2009, a été rattrapée par l’actualité, suite aux submersions liées à la tempête Xynthia de février 2010. En raison du changement climatique et de la pression foncière toujours plus forte sur le littoral, la vulnérabilité des activités humaines à la submersion marine ne fera que croître, en fonction de l’élévation du niveau marin. Les outils juridiques doivent donc se renouveler : non seulement ils doivent garantir que cesse l’urbanisation sur les zones vulnérables du littoral, mais ils doivent également accompagner la relocalisation de certains biens ou activités déjà menacés en associant acteurs publics et assureurs. L’anticipation nécessaire aujourd’hui doit permettre de réfléchir de façon participative aux notions de solidarité, d’équité, ainsi qu’à l’acceptabilité des solutions à mettre en œuvre à l’avenir. La thèse porte sur les moyens juridiques et assurantiels qui peuvent être mis en œuvre pour réduire la vulnérabilité des biens et des activités humaines face aux submersions marines, et sur la mise en œuvre de moyens de protection, de prévention, et/ou d’adaptation pour réduire les conséquences humaines et économiques de ce risque. L’observation des outils existants et de leurs limites conduit à rechercher et proposer de nouveaux mécanismes juridiques innovants. Parallèlement à la question du rôle des acteurs publics, étatiques ou locaux, se pose celle de l’assurabilité de ce risque émergent et de l’impact qu’il peut avoir sur les enjeux financiers des assureurs. De fait, le rôle que ces derniers peuvent jouer dans l’élaboration de stratégies de prévention ou de mitigation de ces risques peut s’avérer important
This thesis, registered in October 2009, has been effected by recent revents; the floods that were caused by the storm, Xynthia, in February, 2010. Due to the climate change and to the land pressure still stronger on the coast, the vulnerability of the human activities in the flooding will only increase, according to the rise of the marine level. The legal tools thus have to be renewed: they have not only to guarantee the stop of the urbanization on the vulnerable zones of the coast, but they also have to accompany the relocation of some properties or activities already threatened by associating public actors and insurers. Today, the necessary anticipation has to allow to think in a participative way about the notions of solidarity, equity, and also the acceptability of the solutions to be implemented in the future. This thesis concerns the implementation of legal and insurance means to reduce the vulnerability of the properties and human activities in front of the floodings, and of the means of protection, prevention, and/or adaptation to reduce the human and economic consequences of this risk. The observation of the existing tools and their limits, leads to look for and to propose new innovative legal mechanisms. At the same time, as the question of the role of the public, state or local actors, settles the insurability of this emergent risk and the impact he can have on the financial stakes of the insurers. Actually, the role which the insurers can play in the elaboration of strategies of prevention or mitigation of these risks can become important