Hauteurs significatives de vagues

La structure spatiale observée dans la figure 3.15, cohérente et plutôt lisse, semble indiquer que les indices locaux sont sous l’influence de tendances spatiales.

En particulier, la partie nord-centrale de la zone d’étude contient les indices les plus élevés. Cette zone, ouverte à un fetch (distance en mer sur laquelle le vent souffle sans rencontrer d’obstacles) important orienté dans le sens des vents dominants (ouest et sud-ouest), est en effet propice à l’amplification des hauteurs des vagues.

Par ailleurs, l’effet de la bathymétrie (figure 2.4) sur les indices locaux se ressent princi- palement en zone côtière, où la diminution de la profondeur d’eau à l’approche des côtes entraîne généralement une atténuation des hauteurs significatives de vagues. Cependant, en zone océanique, il paraît difficile d’établir une relation directe entre la bathymétrie et les indices locaux : en effet, les zones de similarité de ces indices peuvent se situer dans des secteurs à bathymétrie très variable.

3.4 SUR LA RÉPARTITION SPATIALE DES INDICES LOCAUX 51

Figure 3.16: Surcotes de pleine mer - indices locaux (seuils dépassés en moyenne λ = 1 fois par an) en mètres.

3.4.2 Surcotes de pleine mer

Plusieurs facteurs peuvent expliquer la répartition spatiale des indices observés sur la figure 3.16. Notamment, ceux amplifiant localement les surcotes sont i) une grande largeur du plateau continental (prolongement du continent sous la surface de la mer, représenté dans la figure 3.17) qui implique une faible profondeur d’eau, ii) une exposition défavorable par rapport aux vents dominants, iii) la forme du trait de côte local, comme la courbure du littoral, ou une configuration en forme de baie ou d’entonnoir et iv) d’éventuels effets de la force de Coriolis (dans l’hémisphère Nord, les surcotes générées par une tempête ont tendance à être plus intenses à droite de sa trajectoire).

Figure 3.17: Reliefs sous-marins en Golfe de Gascogne et Manche (Ifremer).

Ainsi, les faibles indices observés sur le littoral sud du Golfe de Gascogne (de La Corogne à Bayonne) semblent liés à la faible largeur du plateau continental devant ces côtes. Par ailleurs, la direction dominante des vents, probablement sud-ouest, signifierait que ces sites sont généralement peu exposés lors des tempêtes provenant de ce secteur, réduisant ainsi l’intensité des surcotes générées.

Les indices plus importants entre Arcachon et Concarneau semblent également liés à la présence du plateau continental et à sa largeur variable, qui augmente du sud au nord (et dont la largeur maximale pourrait se situer devant Saint-Nazaire), ainsi qu’à son orienta- tion face aux vents dominants de sud-ouest. Notamment, la tempête Xynthia du 27-28 février 2010 a eu un impact maximal dans la zone entre La Rochelle et Saint-Nazaire, ce qui est peut-être dû à la courbure de ce secteur, conjuguée à sa pleine exposition aux flux de sud-ouest.

En Manche-Ouest, l’exposition des sites par rapport aux vents dominants de sud-ouest à ouest, ainsi que les faibles profondeurs, pourraient expliquer les indices relativement faibles, . Par ailleurs, en Manche-Est, la force de Coriolis peut justifier des indices plus élevés sur le littoral français que sur le littoral anglais. De plus, l’effet d’entonnoir à l’approche du Pas de Calais peut favoriser l’accumulation des eaux océaniques et donc produire des surcotes importantes, ce qui peut expliquer les valeurs plus élevées en Manche-Est qu’en Manche-Ouest.

3.4 SUR LA RÉPARTITION SPATIALE DES INDICES LOCAUX 53

En Mer du Nord, les surcotes importantes sont souvent liées à des vents de secteur nord- ouest plutôt que sud-ouest. Ainsi, la distance des sites par rapport à l’entrée nord de la Mer du Nord pourrait jouer un rôle dans la répartition des indices. Ainsi, les surcotes s’amplifieraient davantage en se propageant vers le sud de la zone, ce qui peut expliquer que les indices soient plus élevés au sud qu’au nord du littoral de la Mer du Nord. Par ailleurs, de même qu’en Manche, l’effet de la force de Coriolis peut se ressentir dans la répartition spatiale des indices en Mer du Nord.

En Mer d’Irlande, les forts indices observés peuvent être expliqués par la grande largeur du plateau continental, ainsi que la configuration en baie de la zone, propices à l’amplification des surcotes. Par ailleurs, dans le Canal de Bristol, les indices augmentent en se rap- prochant de l’estuaire de la Severn (Newport, Avonmouth), probablement à cause de l’effet entonnoir de la zone.

Par ailleurs, bien que les marégraphes de Saint-Malo et de Saint-Servan soient très proches (environ 800 m), leurs indices locaux sont sensiblement différents (0.58 m pour Saint-Malo, 0.75 m pour Saint-Servan). Voici deux explications possibles :

• Les séries ont été observées sur des périodes différentes (1986-2010 pour Saint-Malo et 1874-1944 pour Saint-Servan). L’indice local plus élevé à Saint-Servan pourrait laisser croire que les conditions de tempêtes ont été plus intenses entre la fin du 19ème siècle et le début du 20ème siècle qu’à la fin du 20ème siècle.

• Le marégraphe de Saint-Servan est situé sur l’embouchure de la Rance. Ceci peut être propice à l’apparition de phénomènes locaux (comme une interaction entre marée et surcote) pouvant expliquer ces différences.

Bien que purement descriptives, ces remarques pourraient constituer la base d’un modèle prédictif de l’indice local, par exemple à travers un indicateur local mêlant bathymétrie, convexité du littoral (en schématisant le trait de côte) et exposition par rapport aux vents dominants. Un tel modèle pourrait, par exemple, servir à prédire l’indice local en des endroits dépourvus d’observations.

Chapitre 4

Formation de régions homogènes

Ce chapitre explore l’hypothèse cruciale d’homogénéité régionale dans le cadre du modèle de l’indice maritime. Les points essentiels sont les suivants :

• À notre connaissance, aucune méthode spécifique aux aléas maritimes n’a été à ce

jour formalisée dans la littérature. L’homogénéité y est surtout caractérisée de façon statistique, ce qui peut nuire à l’interprétation des régions obtenues. Il est ainsi suggéré d’identifier d’abord des régions potentiellement homogènes par un critère physique, avant de tester leur homogénéité statistique.

• Les régions homogènes sont formées via l’identification des empreintes typiques des

tempêtes générant les extrêmes maritimes. Les régions obtenues sont facilement in- terprétables : les sites d’une région donnée ont tendance à être impactés par une même tempête, et toute tempête impactant une région a tendance à rester incluse dans celle-ci. L’algorithme, basé sur la classification des sites à partir d’un critère de propagation des tempêtes, ne requiert que l’instant d’occurrence des extrêmes ob- servés pour reconstruire les tempêtes. Il permet d’aboutir à des régions physiquement homogènes, dont l’homogénéité statistique sera vérifiée.

• L’homogénéité statistique des régions obtenues est validée avec le test H [59] : la

dispersion observée des L-moments empiriques est comparée avec celle attendue pour une région théoriquement homogène, par le biais de simulations Monte Carlo. Ces dernières étant basées sur la flexible loi Kappa, la procédure peut être vue comme indépendante de la spécification de la loi régionale. Il est donc possible de séparer l’étape de formation de régions homogènes de celle de la sélection d’une loi régionale adaptée (chapitre 6).

• Pour les hauteurs significatives d’états de mer, 6 régions homogènes sont obtenues :

Atlantique Sud, Atlantique Nord, Mer du Nord, Manche et ses approches, Golfe de Gascogne Nord et Golfe de Gascogne Sud.

• Pour les surcotes de pleine mer, 5 régions homogènes sont obtenues : Golfe de

Gascogne et Manche, Mer du Nord, Royaume-Uni Nord, Mer d’Irlande et Canal de Bristol.

La condition d’homogénéité régionale de l’équation (1.1) est l’hypothèse fondamentale du modèle de l’indice maritime. Afin de la satisfaire au mieux, les sites doivent être regroupés dans des régions homogènes. Il s’agit là, à l’évidence, d’une étape cruciale de l’analyse régionale, car cela définit la façon d’exploiter l’information régionale et conditionne les résultats finaux.

Dans ce chapitre, une méthode spécifique aux aléas maritimes extrêmes est proposée pour identifier des régions homogènes. L’homogénéité y est notamment caractérisée sur des bases physiques et statistiques, à partir des événements initiateurs des extrêmes observés, les tempêtes.

4.1

Homogénéité statistique

L’équation (1.1) reflète l’homogénéité statistique, en traduisant le fait que la distribution des extrêmes normalisés est identique en n’importe quel site d’une région homogène. Afin de tester l’homogénéité d’une région donnée, une procédure parmi les plus répandues dans la littérature se trouve dans les travaux de [59]. Elle se base sur le principe que les

rapports desL-moments (annexe B) sont théoriquement identiques en chaque site d’une

région homogène.

Une autre approche serait de tester directement les relations entre paramètres induites par la spécification de la loi régionale F_r. Par exemple, si l’on suppose, comme dans l’équation (3.3), que la distribution régionale est la loiGPD(1, γ, k), il serait par exemple possible de tester l’hypothèse que le paramètre de forme des lois locales est constant dans la région. Cependant, cette approche suppose de spécifier a priori F_r, à l’inverse de la procédure de [59]. Cette dernière est donc retenue dans ce manuscrit, car elle possède l’avantage de caractériser l’homogénéité statistique des régions indépendamment du choix de la loi régionale F_r.