7e JST – Paris – 8, 9 et 10 décembre 2008

Niveaux d'eau extrêmes pour le

dimensionnement des digues

Céline Trmal CETMEF/DPMVNCéline Perherin CETMEF/DELCE

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Plan de l'intervention

1. Introduction

2. Les composantes du niveau marin

3. L'estimation des niveaux marins extrêmes

4. La concomitance des niveaux marins extrêmes et des houles de projet

5. Conclusions

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1. Introduction

► Les digues portuaires protègent les bassins contre l'agitation liée aux houles.

► Les valeurs extrêmes de la houle, ainsi que celles des niveaux marins, sont des données nécessaires pour le dimensionnement des digues.

► L'évaluation des extrêmes nécessite de longues périodes d'observation des états de mer et des niveaux d'eau.

► Il est utile de connaître les probabilités de concomitance des niveaux marins et des houles : dimensionnement, prévention des risques.

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2. Les composantes du niveau marin

► Le niveau moyen de la mer

► La marée

► Les surcotes météorologiques

► Les seiches

► Les effets hydrodynamiques

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2. Les composantes du niveau marin

Le niveau moyen de la mer

► Définition (SIMON) : niveau résultant d'une opération numérique de filtrage des composantes périodiques de marée.

► Élévation du niveau moyen de le mer

Niveaux moyens annuels à Brest (SHOM) Niveaux moyens annuels à Marseille (SHOM)

Mesures marégraphiquesMesures satellitaires

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2. Les composantes du niveau marin

La marée

► Phénomène déterministe résultant de l'attraction des astres.

► Marée est prédite par le SHOM.

Marée prédite aux Sables d'Olonne (SHOM)

Densité de probabilité des hauteurs de pleine mer (SHOM-CETMEF, 2008)

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2. Les composantes du niveau marin

Les surcotes météorologiques

► Définitions

Surcote : Différence entre le niveau marin observé et prédit.

Surcote instantanée : Niveau mesuré à t – niveau prédit à t

Surcote de pleine mer : Niveau max mesuré – niveau de PM mesuré

Surcote instantanée et surcote de pleine mer

Liées principalement à l'effet barométrique inverse et au vent (wind set-up)

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2. Les composantes du niveau marin

Les seiches

► Oscillations dont la période (généralement entre 2 et 40 minutes) et l'amplitude dépendent du lieu considéré se manifestant dans des plans d'eau fermés ou semi-fermés.

► Exemples : Brest, Sables d'Olonne, Port Tudy, Bayonne, Dunkerque...

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2. Les composantes du niveau marin

Les effets hydrodynamiques

► Surélévation liée au déferlement

► Maximale au niveau du trait de côte : set-up

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3. L'estimation des niveaux marins extrêmes

► Les données marégraphiques

► Les méthodes statistiques

Estimation statistique appliquée aux niveaux marins mesurés

Estimation statistique appliquée aux surcotes (surcotes de pleine mer)

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3. L'estimation des niveaux marins extrêmesLa méthode du SHOM (Simon, 1994)

► 15 échantillons de données : plus de 10 ans de mesures

► Estimation statistique des surcotes de pleine mer (loi de Gumbel)

► Estimation de la densité de probabilité d'une hauteur de pleine mer

► Combinaison par produit de convolution (marée et surcotes considérées indépendantes)

Répartition des surcotes

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3. L'estimation des niveaux marins extrêmesLa méthode du SHOM (Simon, 1994)

► Cartes des niveaux marins extrêmes pour les périodes de retour 10, 20, 50 et 100 ans « Statistiques de niveaux marins extrêmes de pleine mer Manche et Atlantique » (SHOM-CETMEF, 2008)

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4. La concomitance des niveaux marinsextrêmes et des houles de projet► Pourquoi les fortes houles seraient concomitantes aux

niveaux marins extrêmes ?

1. origine météorologique : une tempête peut produire de fortes houles et de fortes surcotes

2. configuration géographique et longueur de fetch : si le fetch est important les houles extrêmes peuvent provenir de loin par temps calme

3. comportement de la houle près des côtes : la houle peut être fortement écrêtée par la bathymétrie, un fort niveau d'eau permet aux vagues plus fortes d'atteindre l'ouvrage

►à étudier à l'échelle locale

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4. La concomitance des niveaux marinsextrêmes et des houles de projet► Pourquoi la concomitance est une information

importante?

▬ pour le dimensionnement des digues

▬ pour l'évaluation des risques littoraux

▬ elle conduit au choix des périodes de retour de la houle et du niveau d'eau pour l'événement dimensionnant ou de référence

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4. La concomitance des niveaux marinsextrêmes et des houles de projet► Exemple :

Rock Manual 2007

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4. La concomitance des niveaux marinsextrêmes et des houles de projet► Les études réalisées :

▬ en France : 2 études portant sur la corrélation statistique entre la houle, la marée et les surcotes

Participants : STNMTE (1995) et ENPC, STCPMVN, STNMTE, SHOM et EDF/LNH (1996)

site d'études : Dieppe et Bayonne conclusions : corrélation notable entre les houles et les

surcotes à Dieppe et moins nette à Bayonne mais le manque de données n'a pas permis d'avoir des résultats concluants et utilisables

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4. La concomitance des niveaux marinsextrêmes et des houles de projet► Les études réalisées :

▬ au Royaume-Uni participants actifs : DEFRA, Environment Agency et HR

Wallingford depuis 1995 études complètes :

développement d'un logiciel pour le calcul de la concomitance

réalisation de cartes de corrélation entre les hauteurs de houle et les niveaux marins au Royaume-Uni

application des probabilités conjointes des houles et des niveaux marins dans la conception des ouvrages côtiers

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4. La concomitance des niveaux marinsextrêmes et des houles de projet

DEFRA/Environment Agency 2006

Corrélation entre hauteurs de houle et surcotes

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4. La concomitance des niveaux marinsextrêmes et des houles de projet► Les études réalisées :

▬ au Royaume-Uni participants actifs : DEFRA, Environment Agency et HR

Wallingford depuis 1995 études complètes :

développement d'un logiciel pour le calcul de la concomitance

réalisation d'une carte de corrélation entre les hauteurs de houle et les surcotes au Royaume-Uni

application des probabilités conjointes des houles et des niveaux marins dans la conception des ouvrages côtiers

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4. La concomitance des niveaux marinsextrêmes et des houles de projet

d'après DEFRA/Environment Agency 2006

Courbe d'iso- probabilité

combinée de dépassement

Combinaisons analysées Cas

dimensionnant pour les forces

Cas dimensionnant

pour le franchissement

Courbe d'iso-valeurpour les forces sur unouvrage de défense

contre la mer

Courbe d'iso-valeurpour le franchissement

Hau

teur

de

houl

e

Niveau d'eau

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5. Conclusions

► Les perspectives :

▬ en France : manque de recommandations ou d'études sur la concomitance

▬ de plus en plus de mesures disponibles (Candhis, RONIM...) et des modèles numériques opérationnels (Anemoc...)

▬ moment opportun pour le lancement d'une étude