Cοupling stοchastic and numerical apprοaches fοr investigating the dynamics οf cοastal extreme events : Case οf the English Channel and the Νοrmandy cοasts
Cοupling stοchastic and numerical apprοaches fοr investigating the dynamics οf cοastal extreme events : Case οf the English Channel and the Νοrmandy cοasts
Résumé
Coastal zones face increasing vulnerability due to climate change, leading to hazards like coastal flooding or beach erosion, exacerbated by anthropogenic activities and global warming. Effective coastal management and adaptation strategies are crucial. Advanced numerical models and monitoring of extreme storms are essential for accurate risk assessment and early warning systems. The DYNSEEC project aims to enhance understanding of storm dynamics, focusing on coastal flooding to improve risk assessment and mitigation efforts. This dissertation examines extreme waves and storm surges along the English Channel, integrating global climate oscillations and local hydrodynamic factors. Normandy’s beaches, with diverse morphologies, are studied using numerical modelling and monitoring systems to understand hydrodynamics and coastal risks.The stochastic drivers of maritime hydrodynamics are explored, focusing on wave height and sea level variations, analyzed through statistical and spectral methods. The research identifies significant variability in surges driven by long-term sea level trends and tide-surge interactions, with wave heights influenced by ocean-atmosphere interactions, and revealing dependencies on sea surface temperature, sea level pressure, and climate indexes. A classification of typical extreme events on the English Channel is lastly performed.A simulation of 40 years of data, with validation against buoy and tide gauge measurements in England and France has been carried out. The study classifies storms, assessing their impact on Normandy’s coast, showing significant wave height variations, dependent mostly on their origin and direction of propagation, primarily the Atlantic Ocean. Detailed simulations emphasize coastal morphology’s role in energy dissipation and wave behavior.The numerical modeling to simulate storm wave dynamics at three Norman coastal sites is detailed, validated by comparing simulations with buoy measurements, theoretical formulations, and wave run-up data measured by Video Monitoring Systems. Results show that run-up height is influenced by water levels and wave height, with site-specific variations due to beach characteristics, mainly the porosity of gravels and pebbles.The stochastic and the numerical methodologies and databases from previous studies are finally applied to link hydrodynamics with beach morphodynamics under extreme conditions, studying compound flooding on the Seine Bay and the impact of coastal structures and beach permeability on beach erosion.
Les zones côtières sont de plus en plus vulnérables en raison du changement climatique, ce qui entraîne des risques tels que les submersions côtières ou l'érosion des plages, exacerbés par les activités anthropiques et le réchauffement climatique. Une gestion côtière efficace et des stratégies d'adaptation sont cruciales. Les modèles numériques avancés et la surveillance des tempêtes extrêmes sont essentiels pour une évaluation précise des risques et des systèmes d'alerte précoce. Cette thèse examine les houles extrêmes et les surcotes en Manche, mer située entre la France et l’Angleterre), en intégrant les oscillations climatiques globales et les facteurs hydrodynamiques locaux. Les plages de Normandie, avec leurs morphologies diverses, sont étudiées en utilisant des modèles numériques et des systèmes de surveillance pour comprendre les hydrodynamiques et les risques côtiers.Les facteurs stochastiques de l’hydrodynamique marin sont explorés en se concentrant sur les variations de la hauteur des houles et du niveau de la mer, analysées à travers des méthodes statistiques et spectrales. Une variabilité significative des surcotes a été identifiée, alimentée par les tendances à long terme du niveau de la mer et les interactions marée-surcote, les hauteurs des houles étant influencées par les interactions océan-atmosphère, révélant des dépendances à la température de surface de la mer, à la pression atmosphérique et aux indices climatiques. Une classification des événements extrêmes typiques dans la Manche est récemment réalisée.Une simulation de 40 ans de données avec une validation par rapport aux mesures de bouées et de marégraphes en Angleterre et en France a été réalisée. L'étude classe les tempêtes, en évaluant leur impact sur la côte de Normandie, montrant des variations significatives de la hauteur des houles, principalement en fonction de leur origine et de leur direction de propagation, principalement l'océan Atlantique. Les simulations détaillées soulignent le rôle de la morphologie côtière dans la dissipation de l'énergie et le comportement des houles.La modélisation numérique pour simuler les dynamiques des houles de tempête sur trois sites côtiers normands, est détaillée et validée en comparant les simulations avec les mesures des bouées, les formulations théoriques et les données de run-up de houles mesurées par les Systèmes de Surveillance Vidéo (VMS). Les résultats montrent que la hauteur de run-up est influencée par les niveaux d'eau et la hauteur des houles, avec des variations spécifiques pour chaque site en raison des caractéristiques des plages, principalement la porosité des différents sédiments.Les méthodologies stochastiques et numériques ainsi que les bases de données des études précédentes sont enfin appliquées pour lier l’hydrodynamisme avec la morphodynamique des plages dans des conditions extrêmes, en étudiant les composantes d’inondation sur la baie de Seine et l'impact des structures côtières et de la perméabilité sur l'érosion des plages.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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