Retour d’expérience sur l’étude des houles et des surcotes cycloniques

Application pour les études de risque de submersion marine

Sophie Lecacheux, Rodrigo Pedreros, F. Boulaya

JST– 3 au 5 12/2012 – Paris

PLAN

> Introduction

> Génération des houles à partir du modèle NAH en Atlantique Nord

> Vision paramétrique d’un cyclone

> Application pour les études de risque : Exemple du projet ARAI3

> Perspectives

> 2

> 3

????

IntroductionParticularité des cyclones:- Phénomène rapide et localisé => mauvaise représentation par les modèles atmosphériques / météorologiques globaux- Nécessité de modèles adaptés (résolution spatio-temporelle accrue champ de vent)

1

1.5

2

2.5

3

3.5

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5

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6

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13/08

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Dates en 2007

Hs(

m)

NAH (15,75°N, 57,75°W)Bouée 41100 Météo-France(15,75°N, 57,90°W)

Cyclone DEAN (2007)

- 6 2 - 6 1 . 8 - 6 1 . 6 - 6 1 . 4 - 6 1 . 2 - 6 1 - 6 0 . 8

1 5 . 8

1 5 . 9

1 6

1 6 . 1

1 6 . 2

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1 6 . 4

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1 6 . 6

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1 2 3 4 5 6

7 8 9 1 0 1 1 1 2

1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8

1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4

2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0

> 4

620000 640000 660000 680000 700000 720000

1760000

1780000

1800000

1820000

1840000

LA DESIRADE

LES SAINTES

BASSE-TERRE

GRANDE-TERRE

MARIE-GALANTE

Capesterre-Belle-Eaux

Capesterre

Saint-François

Goyave

Trois-Rivieres

GosierSainte-A nne

Petit-Bourg

Grand-Bourg

Saint-Louis

Pointe-a-Pitre

capteur_NE

0

0.5

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6

6.5

7

7.5

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Application: modélisation des vagues cycloniques de Dean (2007) en zone côtière à partir des données NAH

De nombreuses limitations :- Données NAH disponibles en Atlantique Nord uniquement et

seulement pour les cyclones récents- Pas de données de pression pour modéliser les surcotes=> Insuffisant pour réaliser des études de risque

Vision paramétrique d’un cyclone (1)(Best Tracks)

cBm

cn PrRPPrP ))(exp()()(

> 5

Un double intérêt :

- Avoir à disposition des données de vent réalistes pour un grand nombre de cyclones (même anciens)

- Créer des cyclones fictifs en faisant varier les paramètres

=> Adapté pour les études de risque

Vision paramétrique d’un cyclone (2)Application pour les vagues

12

1

Asymétrique Symétrique

2 2

1

Exemple cyclone Gamède Apport de l’asymétrie

12

> 6

Vision paramétrique d’un cyclone (3)Application pour les vagues

Exemple cyclone BillApport de la fusion avec les vents synoptiques

> 72007

Tahiti

Risque décroissant

Application pour les études de risque : exemple d’ARAI 3 en Polynésie

> 8

Risque cyclonique modéré par rapport à d’autres bassins comme l’Atlantique nord (risque plus important pour les archipels de la Société et des Australes)

Depuis 1970, environ 45 cyclones majeurs ont touché la Polynésie française

Première cartographie de l’aléa pour les PPRL (2006) basée sur des scénarios déterministes pour chaque archipel

Cyclones historiques (base JTWC)= 72 cyclones sur 33 ans de données

Enrichissement de la base avec par cyclones fictifs avec la méthode du bootstrap = 132 ans de données

Modélisation des champs de vent param.+ modélisation des vagues avec WW3 et SWAN et des surcotes avec MARS

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100

101

1022.5

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7

période de retour (ans)

Hs

(m)

Données (Hazen)GPD MLintervalle de confiance 68%intervalle de confiance 95%

Modélisation de la submersion avec un modèle vague-a-vague (SWASH)

Analyse statistiqueMéthode POT/GPD

Extraction des séries temporellesavant le récif

Objectifs ARAI3 : Réévaluation des scénarios de référence de manière plus réaliste Cartographie de la submersion avec un modèle vague-à-vague

Application : ARAI 3 (2)

10

10

Validation et décomposition des phénomènes pour OLI (2007) à Tubuai:

• Faible contribution du vent dans la surcote atmosphérique à l’extérieur et à l’intérieur du lagon

• Contribution majoritaire du set-up dans la surcote totale

Hs

Surcote atmosphérique

Tahiti

Tahiti

Apport des vagues dans la surcote

Application : ARAI 3 (3)

Tubuai

Tubuai

11

11

Houles cycloniques• Calcul des périodes de retour 10ans et

100ans

• Données historiques restreintes Þ intervalles de confiance et incertitudes

importantsÞ Détermination de gammes de valeurs

sur des secteurs homogènes de la côte

• Côtes sud-ouest les plus fréquemment exposées aux houles cycloniques….

• Mais les côtes nord sont les plus exposées en cas de passage d’un cyclone à proximité de l’île => Apport des cyclones fictifs

Surcotes cycloniques

• Nombre d’évènements insuffisant pour faire l’analyse statistique

• Détermination d’une valeur approximative de 50 cm pour une période de retour centennale (maximum simulé à proximité des îles)

Hs/Tp 100yr

Hs 10yr

Etude BAIRDS (2005) à FarateaHs100yr~7.5mApplication : ARAI 3 (4)

12

12

Matavai (scénario centennal): Hs=10m / Tp=12s Marée PMVE: 10cm (cf niv moy) Surcote atmosphérique : 50cm ENM: 50cm (Slangen et al., 2011)

Fort impact des vagues => utilité du modèle vague-à-vague par rapport à un simple croisement topographie / niveau d’eau

+ =

Application : ARAI 3 (5)

Niveau moyen: marée surcote atmo ENM

Risque décroissant

Perspectives

> 13

Utilisation de bases de cyclones synthétiques générées à partir de données de ré-analyses (ou de projections) grâce à des modèles statistiques sur les paramètres cycloniques (Emanuel et al., 2006)*

Prise en compte de nombreuses configurations et types de trajectoires

Diminution des incertitudes et possibilité de calculer des périodes de retour plus importantes

Possibilité de travailler avec des probabilités conjointes vagues/niveau d’eau

Possibilité d’étudier l’impact du changement climatique sur les risques associés

* EMANUEL K., RAVELA S., VIVANT E., RISI C. (2006). A statistical deterministic approach to hurricane risk assessment. Bull. Am. Meteorol. Soc., 87, pp 299–314. doi:10.1175/BAMS-87-3-299