Mod´ elisation de l’accident

Le mod`ele math´ematique de d´erive de nappe d’hydrocarbures pr´esent´e dans le chapitre 4

et le mod`ele hydrodynamique tridimensionnel TELEMAC-3D pr´esent´e dans le chapitre3sont utilis´es pour simuler la d´erive de la pollution provoqu´ee par la collision entre les butaniers “Sigmagas” et “Happy Bride”. Dans le cadre de la simulation, des donn´ees de vent du mois de janvier 2006, analys´ees a posteriori, sont utilis´ees. Ces donn´ees libres proviennent du mod`ele CFSR (Climate Forecast System Reanalysis (ftp://nomads.ncdc.noaa.gov/CFSR)). Le ci- saillement du profil vertical de vent au-dessus de la surface libre de la mer est caract´eris´e par la contrainte de cisaillement `a l’interface eau/air (~τw = ρaCD,wU~w

~ Uw

). Dans cette ´etude, le coefficient de frottement en surface CD,w est estim´e `a partir de la formulation de Flather

(Flather,1976).

Concernant les donn´ees n´ecessaires au calcul des processus de vieillissement de la nappe d’hydrocarbures, le produit d´evers´e au cours de la pollution du Happy Bride est le fioul lourd ´etudi´e dans le projet MIGR’HYCAR. En effet, les hydrocarbures ´etudi´es sont ceux les plus couramment d´evers´es dans nos eaux continentales, et le produit IFO 380 en fait partie comme l’illustre cet exemple. La caract´erisation de ce fioul a donc ´et´e effectu´ee et la mise en donn´ee du mod`ele num´erique est pr´esent´ee au sein de la section 5.3. De plus, compte tenu du fait que l’accident est simul´e sur plusieurs jours, le mod`ele d’´etalement consid´er´e est celui issu de la th´eorie deFay(1971) en coh´erence avec la conclusion du chapitre6.

i Transport de la nappe en surface

Les figures 7.7 `a 7.9 comparent l’´evolution de la pollution relev´ee par les ´equipes de surveillance durant les 3 premiers jours avec les r´esultats de la simulation.

Situation du jeudi 5 janvier 2006 (figure 7.7)

Au moment de la collision, le courant s’´ecoule en aval de l’estuaire de la Loire (mar´ee haute `

a 19h50) portant ainsi la pollution `a l’embouchure de l’estuaire. Ce ph´enom`ene est amplifi´e par la stratification due `a la salinit´e de l’eau. En effet, l’eau douce provenant de l’aval, moins dense que l’eau sal´ee, remonte dans la colonne d’eau, acc´el´erant alors les courants de surface en direction de l’aval de l’estuaire. Dans les premi`eres heures qui suivent le d´eversement, la nappe d’hydrocarbures est localis´ee dans la partie nord de l’estuaire, comme le montrent les cartographies des ´equipes de gestion de crise de l’accident (CEDRE, 2006a), qui sont corrobor´ees par les simulations de d´erive de nappe du mod`ele math´ematique pr´esent´e dans le chapitre4.

Situation du vendredi 6 janvier 2006 (figure 7.8)

Le 6 janvier, une reconnaissance par h´elicopt`ere est organis´ee pour ´evaluer l’ampleur de la pollution dans le polygone d´elimit´e par St Br´evin, le Pointeau, la zone de bouchots, le phare du Grand Charpentier, la pointe de Ch´emoulin et le rivage de Saint-Nazaire (CEDRE,

2006b). Dans cette zone de survol, les r´esultats num´eriques aux diff´erents instants relev´es sont en coh´erence avec les observations. En effet, les traˆın´ees de la pollution `a 10h20 et 17h se retrouvent dans les r´esultats num´eriques. Cependant, le mod`ele de d´erive de nappe d’hydrocarbures montre la pr´esence d’une majeure partie de la pollution en dehors de la zone de reconnaissance a´erienne. Sans survol de cette zone (la Baule), il est difficile de conclure sur ces r´esultats. De plus, les observations `a terre montrent des d´epˆots r´esiduels sur le rivage sud-ouest de Paimboeuf, ainsi que sur le banc de Bilho. Ces pollutions r´esiduelles ne sont pas d´etect´ees par le mod`ele num´erique. Les r´esultats montrent que des am´eliorations peuvent ˆetre apport´ees en affinant l’adh´erence de la nappe d’hydrocarbures sur les berges de l’estuaire. Ce param`etre est cependant tr`es d´elicat car il d´epend de la localisation (diff´erenciation des diff´erents types de berges) mais ´egalement de la date `a laquelle le d´eversement simul´e a lieu (v´eg´etation, etc...).

Situation du samedi 7 janvier 2006 (figure7.9)

Les observations terrestres montrent la pr´esence de boulettes d’hydrocarbures dans la baie de la Baule et des r´esidus `a l’embouchure de l’estuaire. Les r´esultats donn´es par le mod`ele corroborent ces observations.

Comme pour la journ´ee pr´ec´edente, des d´epˆots r´esiduels sont observ´es `a proximit´e de la raffinerie de Donges. Ces d´epˆots sont probablement dus `a la dispersion m´ecanique du p´etrole ´echou´e, provoqu´ee par le ph´enom`ene de mar´ee dans l’estuaire.

7.3. Accident du Happy Bride

Figure 7.7: Bilan des observations en mer et des simulations du 05/01/06 (“—” observation `

a terre, “—” observation en milieu aquatique, “•” nappe simul´ee `a 17h, “•” hydrocarbure ´

Figure 7.8: Bilan des observations en mer et des simulations du 06/01/06 (“—” observation `

a terre, “—” observation en milieu aquatique `a 10h20, “—” observation en milieu aquatique `

7.3. Accident du Happy Bride

Figure 7.9: Bilan des observations en mer et des simulations du 07/01/06 (“—” observation `

Conclusion

Les r´esultats obtenus sont encourageants et d´emontrent la faisabilit´e de la pr´evention de transport de nappes d’hydrocarbures dans les eaux continentales.

Les r´esultats num´eriques montrent que des am´eliorations peuvent ˆetre apport´ees en trai- tant plus finement l’adh´erence de la nappe d’hydrocarbures sur les berges de l’estuaire. La d´erive de la nappe est fortement influenc´ee par les conditions de vent. Une meilleure prise en compte du vent, en ins´erant des donn´ees plus d´etaill´ees spatialement et temporellement, peut aussi permettre de repr´esenter plus pr´ecis´ement la d´erive de la nappe d’hydrocarbures.

ii Suivi de l’´evolution des HAP dans la colonne d’eau

Au moment de la pollution, la Direction D´epartementale des Affaires Sanitaires et Sociales (DDASS 44) et l’Ifremer ont proc´ed´e `a des pr´el`evements de coquillages destin´es `a ´evaluer la contamination par les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) dans les zones sensibles de l’estuaire de la Loire.

Les organismes marins dont les coquillages sont utilis´es comme indicateurs quantitatifs de la contamination chimique car ils poss`edent la propri´et´e d’accumuler les contaminants pr´esents dans ce milieu jusqu’`a atteindre un ´equilibre avec lui. Les dosages dans les organismes sont facilit´es par les concentrations ´elev´ees que l’on y rencontre.

Les r´esultats des pr´el`evements du 11 janvier 2006 traduisent une augmentation significative de la contamination des coquillages par les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) par rapport aux valeurs du 5 janvier 2006, en particulier dans la partie nord de l’estuaire.

Figure 7.10: Bilan des pr´el`evements HAP lors de la pollution (source : IFREMER (http: // www. ifremer. fr/ envlit/))

7.3. Accident du Happy Bride

(a)

(b)

Figure 7.11: Evolution de la concentration d’hydrocarbures dissous dans la colonne d’eau lors de la pollution du Happy Bride, (a) le 5 janvier et (b) le 11 janvier 2006

Il est difficile de comparer les concentrations obtenues par le code de calcul avec les analyses r´ealis´ees au cours de la pollution car le ph´enom`ene de bioaccumulation se produisant au sein des organismes vivants n´ecessite la connaissance du temps d’exposition aux HAP subi par les coquillages, ainsi qu’un facteur de concentration entre milieu et organisme pour convertir la concentration en g/l obtenue par le mod`ele num´erique en µg de HAP dissous contenu dans un kg d’organismes (cf. figure7.10). La comparaison entre le mod`ele num´erique et les observations est donc effectu´ee de mani`ere qualitative, et n´ecessitera par la suite une prospection plus d´etaill´ee pour compl´eter cette ´etude.

Les observations sont corrobor´ees par les r´esulats num´eriques. En effet, le 5 janvier, c’est le d´ebut de la pollution et les points de pr´el´evements des analyses des HAP dans les coquillages sont des zones encore non affect´ees par la pollution (cf. figure7.11.a). Les jours suivants, le nuage de polluant se d´eplace et atteint de mani`ere significative le rivage nord de l’estuaire de la Loire (cf. figure7.11.b). Ceci explique les quantit´es importantes de HAP pr´elev´ees sur les rivages de Saint-Nazaire et au niveau de la pointe de Ch´emoulin (≈ 350 µg/kg) et les quantit´es nettement plus faibles au niveau des points de pr´el´evements proches de la pointe Saint Gildas (≈ 130 µg/kg). Cependant, les r´esultats num´eriques montrent qu’une partie non n´egligable de HAP dissous se situe au niveau des plage de la Baule, o`u la configuration g´eom´etrique de cette zone a tendance `a pi`eger une certaine partie de la pollution, tandis que le pr´el´evement effectu´e ne montre pas une quantit´e de HAP dissous significative.

7.4

Conclusion

Le site test de l’estuaire de la Loire a ´et´e choisi pour ´evaluer la pertinence de l’outil d´evelopp´e dans le cas de l’accident de l’Happy Bride. Cette application montre la complexit´e de l’hydrodynamique dans les zones fortement stratifi´ees o`u l’eau de mer et l’eau douce prove- nant des eaux continentales se m´elangent. A cette premi`ere difficult´e s’ajoute la n´ecessit´e de bien reproduire le transport des pollutions aux hydrocarbures qui est r´egi par le courant et les conditions m´et´eorologiques. De par la dynamique complexe des estuaires, la mod´elisation 3D apparaˆıt comme le moyen le plus adapt´e aux mod`eles math´ematiques de d´erives de nappes d’hydrocarbures dans ces zones o`u l’hydrodynamique est d´etermin´ee par l’amplitude de la mar´ee, le d´ebit fluvial, la salinit´e et les conditions m´et´eorologiques.

Les r´esultats obtenus sont encourageants et d´emontrent la faisabilit´e de la pr´evention de transport de nappes d’hydrocarbures dans les eaux continentales. Cependant en ce qui concerne le transport de la nappe en surface, des am´eliorations peuvent ˆetre apport´ees en traitant plus finement l’adh´erence de la nappe d’hydrocarbures sur les berges de l’estuaire et la prise en compte du vent, en ins´erant des donn´ees plus d´etaill´ees spatialement et temporel- lement.

De plus, afin de valider les concentrations en esp`eces dissoutes fournies par le mod`ele num´erique, il est utile d’´etudier plus pr´ecis´ement le processus de bioaccumulation des orga- nismes vivants afin d’ˆetre capable de convertir les concentrations obtenues avec le mod`ele num´erique en g/l en µg de HAP dissous contenu dans un kg de coquillages test´e.

Chapitre

8

Conclusion et perspectives

Sommaire

8.1 Conclusion . . . 164