1.1 Introduction
Comme nous l’avons évoqué dans l’introduction générale, 44 % de la population mondiale vit dans une bande côtière de 150 km (United Nations, 2013a). La densité de population dans les régions côtières est environ trois fois plus élevée que la moyenne mondiale (Small et Nicholls, 2003). Soixante pour cent des 39 métropoles du monde possédant une population de plus de 5 millions d’habitants sont situées à moins de 100 km de la côte, dont 12 des 16 villes du monde d'une population de plus de 10 millions d’habitants (Small et Nicholls, 2003). Les estuaires et deltas, zones de basses altitudes où l’aléa submersion marine est élevé, concentrent de très fortes populations : 22 villes parmi les 32 plus grandes au monde sont localisées le long de ces environnements côtiers (Ross, 1995). Par conséquent, le nombre croissant de personnes vivant dans des zones côtières vulnérables aux submersions marines accroît les risques liés à cet aléa (Kron, 2008; McGranahan et al., 2007). De plus, le changement climatique prévu va entraîner une élévation du niveau global de la mer (IPCC, 2013) qui pourrait s’accompagner d’une intensification et d’une augmentation du nombre des cyclones et des tempêtes dans certaines régions du monde (IPCC, 2014). Ceci pourrait avoir comme effet d’augmenter la fréquence et l’intensité des submersions marines (Mousavi et al., 2011) qui deviennent alors des enjeux de recherche cruciaux, tant au niveau de la compréhension de leur fonctionnement, que de la prévision et de la prévention des risques qu’elles génèrent.
1.2 Qu’est-ce qu’une submersion marine ?
Les submersions marines sont des inondations temporaires de la zone côtière par les eaux marines. Leur origine est liée à une élévation temporaire du niveau de la mer qui peut être soit d’origine météorologique (cyclones, tempêtes), on parle alors de surcotes, soit d’origine géologique (tremblements de terre, éruptions volcaniques ou glissements de terrain), on parle alors de tsunamis. Dans ce mémoire, nous nous intéressons uniquement aux submersions marines causées par les surcotes.
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1.2.1 Les dépressions atmosphériques pouvant conduire à une submersion marine
Les submersions marines d’origine météorologique sont causées par des dépressions atmosphériques. Il est possible de distinguer deux grands types de dépressions atmosphériques pouvant induire des submersions marines, selon les latitudes dans lesquelles elles interviennent : les tempêtes de latitudes intermédiaires et les cyclones.
- Les tempêtes de latitudes intermédiaires
Une tempête peut être décrite comme système de basses pressions atmosphériques (une dépression), caractérisé par des vents violents générés par les forts gradients de pression. En météorologie marine une tempête correspond au minimum à la force 10 de l'échelle Beaufort, caractérisée par des vents moyens de 89 à 117 km/h et des rafales de 110 à 150 km/h.
- Les cyclones :
En zone intertropicale, les dépressions atmosphériques très creuses sont appelées généralement « cyclones » ou encore « ouragans » lorsqu’elles interviennent dans l'Atlantique Nord et le Pacifique Nord-Est, ou encore « typhons » en Asie de l'Est. Ces phénomènes tourbillonnaires de pression atmosphérique centrale très basse mesurent de 500 à 1000 km de diamètre et sont pourvus d'un centre visible sur les images satellitaires : l'œil du cyclone.
Tableau 1.1:Les différentes classes de cyclones de l’échelle Saphir-Simpson.
Classe Dénomination Vents moyennés sur 10 min (km/h) Vents maximum (km/h) 1 Dépression creuse 51-61 118-153 2 Cyclone 62-87 154-177 3 Cyclone sévère 88-116 178-209 4 Cyclone très sévère 117-120 210-249 5 Super-cyclone > 220 > 249
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Les cyclones tropicaux sont généralement plus intenses et moins étendus spatialement que les tempêtes de latitudes intermédiaires. La classification de Saphir-Simpson (Tableau 1.1) distingue 5 classes de dépressions tropicales, depuis la « dépression creuse » jusqu’au « super-cyclone » en fonction de l’intensité des vents rencontrés.
1.2.2 Les différents modes de submersion
Il est possible de distinguer 3 grands modes de submersion (Figure 1.1) : la submersion par débordement, la submersion par rupture et la submersion par franchissements discontinus de « paquets de mer ». Ces types de submersions peuvent intervenir soit sur un ouvrage de protection côtière d’origine anthropique comme une digue, soit sur une barrière sédimentaire naturelle.
Figure 1.1:Différents modes de submersion marine provoquée par des tempêtes avec surcotes associées. (Cariolet, 2011).
Lors d’une submersion par débordement (Figure 1.2) il y a surverse (ou « surge overflowing »). C’est par ce mode de submersion que les plus grands volumes d’eau peuvent rentrer sur terre. Souvent, il intervient dans des zones abritées comme les estuaires, les baies, les lagunes ou les ports, abrités des vagues en conditions normales. De fait, dans ces zones protégées, les altitudes des barrières sédimentaires et des ouvrages de défense de côtes sont souvent plus basses que sur les littoraux exposés.
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Figure 1.2: Illustration d’une submersion par débordement pendant le cyclone Katrina dans le Golfe du Mexique aux USA. Crédit photo : NOAA.
Lors d’une tempête exceptionnelle, la masse d’eau alliée à la force des vagues peut mener à la destruction partielle des barrières sédimentaires ou des défenses de côtes. Une brèche se forme alors laissant passer l’eau qui envahit la zone basse en arrière. Dans ce cas, on parle de submersion par rupture (Figure 1.3). Un très large volume d’eau peut alors s’engouffrer par la brèche de façon extrêmement rapide.
Figure 1.3: Illustration d’une submersion par rupture de digue suite à la tempête Xynthia. Crédit photo : CG17.
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La submersion par franchissements discontinus (Figure 1.4) est liée aux vagues qui se brisent sur les barrières sédimentaires ou les défenses de côtes projetant alors de façon répétée des « paquets de mer » en arrière de la protection côtière. Dans ce mode
de submersion nommé « wave overtopping », seule l’élévation de ces paquets de mer est
supérieure au sommet de la barrière sédimentaire ou à la côte d’arase de l’ouvrage. Dans ce cas, la direction et la force du vent influent sur le jet de rive et les projections d’eau, en favorisant le franchissement lorsque le vent souffle de la mer vers la terre (De Rouck et al., 2005; Gonzalez-Escriva et al., 2005).
Figure 1.4: Illustration d’une submersion par franchissement lors de la tempête Hercule (janvier 2014) en Angleterre. Crédit photo : dailymail.co.uk.