Caractéristiques spatiales de la formation des surcotes

Cybergeo : Revue européenne de géographie, N° 362, 18 janvier 2007
Caractéristiques spatiales de la formation des surcotes marines dans le
Golfe du Lion.
Spatial characteristics of sea-surges formation in the Gulf of Lions
A. Ullmann
UFR des Sciences Géographiques et de l’Aménagement.
Université d’Aix-Marseille I, Aix- en -Provence, France
et CEREGE – UMR 6635, Aix-en-Provence, France
P.A. Pirazzoli
CNRS-Laboratoire de Géogrphie Physique,
1 place Aristide Briand, 92 195-Meudon, France
Résumé :
Cette étude est basée sur l’analyse de quatre séries marégraphiques localisées autour du Golfe
du Lion. Pour chaque valeur de niveau marin, la marée astronomique a été retranchée afin de
ne garder que la valeur de la surcote marine, c'est-à-dire le niveau de la mer uniquement forcé
par les conditions météorologiques. Le but est de réaliser une analyse spatiale du
comportement des niveaux marins extrêmes dans le Golfe du Lion sous l’influence de ces
conditions météorologiques. Les variations des surcotes sont spatialement fortement corrélées
entre elles autour du Golfe du Lion. A cette échelle, leur formation est associée à un fort vent
régional de secteur sud qui va pousser et accumuler la masse d’eau vers la côte et ainsi élever
le plan d’eau. Mais localement, en raison de l’exposition particulière de la côte et de son
ouverture sur la mer, les pics de surcotes sont associés à des directions de vents de sud bien
particulières. Par ailleurs, à Marseille et Port-Vendres, les caractéristiques géographiques
locales des côtes permettent la formation d’une forte surcote dans des conditions de vents de
Nord. La prise en compte de différentes échelles spatiales et temporelles est cruciale pour
améliorer notre connaissance des risques littoraux associés aux surcotes marines dans le Golfe
du Lion.
Mots-clés : niveau marin, surcote marine, météorologie, risques, Golfe du Lion
Abstract :
This paper is based on the analysis of hourly tide measurements at four tide gauges stations
around the Gulf of Lions: Marseille, Grau-de-la-Dent, Sète and Port-Vendres. For each tidal
value, surge heights have been determined to keep only the atmospheric forcing on the level
of the Sea. The aim is to improve our understanding of surge related-coastal-risks by
analysing the relationship between strong surges and their atmospheric forcing factors at
different spatial scale. Sea-surges vriations around the Gulf of Lions are spatially consistent at
different time scales. Hourly and daily maximum surges are strongly correlated between the
four stations. Around the Gulf of Lions, sea surge are regionally associated with a southerly
wind tending to drag the water towards the coasts. Although regional surges results from a
combination of air pressure pattern and its regional associated wind over an extended area,
local surges peaks are often reached when the local wind direction favours water
accumulation on that particular coastal area. That’s why each station has its sea-surge
preferential southerly wind directions. But according to the local coastal orientation, strong
surges at Port-Vendres and Marseille can be even forced by a local northerly wind enable to
favour the water accumulation too. Taken into account various spatial scale is here crucial to
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improve our understanding of coastal risks associated with sea surges around the Gulf of
Lions.
Keywords : sea level, sea surge, meteorology, risks, Gulf of Lions
Introduction
Les impacts d’une élévation du niveau marin (comme les submersions ou les phénomènes
d’érosion du littoral) dépendent de l’amplitude, de l’échelle de temps et aussi de la réponse
humaine apportée face à ces aléas (Paskoff, 1993). Dans le contexte du changement
climatique, les récents modèles de prédiction prévoient une élévation du niveau marin pour le
21ème siècle (IPPC, 2001). Cette estimation est favorable à l’augmentation des risques de
submersion et d’érosion des zones littorales basses. Cependant, la plupart de ces événements
se produisent lors des tempêtes liées au passage d’une forte dépression (Bouligand et
Pirazzoli, 1999). Ces épisodes tempétueux entraînent une élévation anormale du niveau marin
le long du littoral, lié à la baisse de la pression atmosphérique (effet barométrique inverse) et
aux forts vents qui poussent et accumulent la masse d’eau vers la côte (Pirazzoli et al, 2006).
Le niveau de la mer observé est alors supérieur à celui normalement atteint par la marée
astronomique. C’est ce que l’on appelle la surcote marine ou la marée météorologique.
Le Golfe du Lion est situé au Nord-Ouest du bassin méditerranéen occidental (figure 1). Les
côtes françaises s’étendent sur environ 200 kilomètres de Port-Vendres à Marseille (figure 1).
Elles présentent deux orientations principales. Une composante Est-Ouest pour la partie
orientale du golfe et une composante Nord-Sud pour la partie occidentale. Les fortes surcotes
y sont liées à la présence d’une dépression au niveau du Golfe de Gascogne (Moron et
Ullmann, 2005). Le principal forçage est le vent qui lui est associé et qui tourne autour de la
dépression dans le sens inverse des aiguilles d’une montre (dans l’hémisphère Nord). Les
côtes du Golfe du Lion sont alors grandes ouvertes aux vents de mer soufflant du sud,
capables de pousser la masse d’eau vers les côtes et entraîner une élévation importante du
niveau de la mer sur le littoral. Elles sont densément peuplées, principalement basses et
sableuses mais parfois localement rocheuses comme à Port-Vendres et à Marseille (Sabatier et
al., 2004). Le littoral du Golfe du Lion est ainsi potentiellement soumis aux risques de
submersion et d’érosion. Il est donc important d’apporter une analyse spatiale sur la formation
de ces surcotes marines afin de mieux comprendre le comportement de ces événements
marins extrêmes.
L’objectif de cette étude est d’abord d’analyser, à l’échelle du Golfe du Lion, les variations
des surcotes à différents pas de temps et d’en dégager ensuite des particularités locales.
L’analyse des paramètres météorologiques associés aux événements de fortes surcotes tentera
ensuite d’apporter des explications sur ces caractéristiques régionales et locales afin
d’améliorer la connaissance de l’aléa que représente la surcote par rapport à la vulnérabilité
du littoral.
1. Données et méthodes
Cette étude est basée sur l’analyse de quatre séries marégraphiques enregistrées au pas de
temps horaire presque uniformément réparties autour du Golfe du Lion : Grau-de-la-Dent en
Camargue (43°3N - 5°E), Sète (43°1N - 3°4E) et Port-Vendres (43°01N - 3°02E) de 1986 à
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1995 et Marseille (43.1°N - 5.22°E) en 1986 et de 1998 à 2003. Les données de l’année 1986
à Marseille sont les seules communes avec les trois autres stations. Les séries marégraphiques
horaires du Grau-de-la-Dent, Sète et Port-Vendres ont été validées et proviennent du Service
Maritime et de la Navigation du Languedoc Roussillon (SMNLR). Les données de Marseille
ont été obtenues sur le site internet du Système d’Observation du Niveau des Eaux Littorales
(http://www.sonel.org). Toutes les données sont exprimées (ou ont été transformées) en
heures universelles (UT+0). Le système altimétrique de référence est le Niveau Général
Français (NGF).
Pour chaque valeur horaire de hauteur d’eau enregistrée, la marée astronomique
correspondante a été calculée grâce au logiciel POLIFEMO (Tomasin, 2005). Le but est de
soustraire la valeur de la marée astronomique de nos données afin d’extraire la surcote marine
qui correspond à la hauteur du plan d’eau uniquement forcée par les conditions climatiques et
météorologiques. Le logiciel réalise une analyse harmonique sur les données disponibles afin
d’extraire les différentes constantes de la marée astronomique. Dans le cas présent,
POLIFEMO en utilise 7: M2, S2, N2, K2, K1, O1, P1 (respectivement « période lunaire
moyenne », « période solaire moyenne », « période elliptique lunaire majeure», « déclinaison
luni-solaire semi diurne », « déclinaison luni-solaire diurne », « période lunaire majeure »,
« période solaire majeure »). Compte tenu de la faible amplitude de la marée astronomique en
Méditerranée (oscillation entre -15 et +15 cm), un nombre limité de composantes est ici
suffisant pour calculer cette marée. L’utilisation des séries de hauteurs de surcotes par rapport
à celle des données marégraphiques brutes permet d’analyser aussi indépendamment que
possible les épisodes climatiques et météorologiques associés aux élévations extrêmes du
niveau marin.
Par ailleurs, les surcotes dépassant le seuil de 40 deviennent géomorphologiquement actives
dans les processus d’érosion du littoral autour du Golfe du Lion (Bruzzi, 1996). Nous
appellerons donc « fortes surcotes » celles dépassant ce seuil car ayant un impact réel sur le
littoral. De plus, la grande majorité des ces événements se produisent durant l’hiver,
principalement d’octobre à mars (Bruzzi, 1996). Toutes les analyses de cette étude se
concentrent ainsi sur cette période.
Les séries de surcotes obtenues ont été comparées avec les mesures tri-horaires (heures
universelles) de directions et vitesses du vent enregistrées dans des stations proches et
obtenues par Météo-France à Port-Vendres, Sète et Cap Couronne (43°2N – 5°05E). Les
directions de vents sont généralement enregistrées par classes de 20°, calculées dans le sens
des aiguilles d’une montre par rapport au Nord géographique (figure 1) et correspondent à la
direction moyenne du vent durant les 10 minutes précédant la mesure. La vitesse du vent
correspond à la moyenne (en m/s) et est mesurée avec le même intervalle de temps que les
directions.
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Figure 1: Localisation
2. La formation des surcotes marines dans le Golfe du Lion
2.1. Les variations à différentes échelles de temps
Les séries horaires de surcotes autour du Golfe du Lion sont fortement corrélées entre elles
avec des coefficients toujours supérieurs à 0.7 (table 1). Les corrélations entre les maximums
journaliers sont également très fortes (table 1). Bien que le Grau-de-la-Dent et Marseille
soient les stations les plus proches, les corrélations sont les plus faibles (table 1). De plus, il
est intéressant de souligner que les variations horaires et celles des maximums journaliers des
surcotes à Marseille sont les plus fortement corrélées avec celles de Port-Vendres bien que ces
deux stations soient les plus éloignées l’une de l’autre (table 1 et figure 1). A partir des
moyennes mensuelles, les corrélations spatiales entre les différentes stations sont encore plus
fortes mais les différences entre les stations sont atténuées (table 1).
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Surcotes horaires
(cm) Grau-de-la-Dent Sète Port-Vendres Marseille
Grau-de-la-Dent 1,00 0,79 0,76 *
Sète 0,85 1,00 0,89 *
Port-Vendres 0,79 0,89 1,00 *
Marseille 0,71 0,73 0,83 1,00
Maximums journaliers
(cm) Grau-de-la-Dent Sète Port-Vendres Marseille
Grau-de-la-Dent 1,00 0,78 0,76 *
Sète 0,81 1,00 0,88 *
Port-Vendres 0,75 0,89 1,00 *
Marseille 0,63 0,71 0,81 1,00
Moyenne mensuelle
(cm) Grau-de-la-Dent Sète Port-Vendres Marseille
Grau-de-la-Dent 1,00 0,93 0,92 *
Sète 0,95 1,00 0,93 *
Port-Vendres 0,91 0,93 1,00 *
Marseille 0,94 0,92 0,92 1,00
Table 1: Corrélation entre les valeurs des surcotes horaires (haut du tableau) et entre les
valeurs des surcotes maximums journalières (bas du tableau) de 1986 à 1995 entre Grau-de-la-
Dent, Sète et Port-Vendres et en 1986 seulement avec Marseille.
Autour du Golfe du Lion, les variations des hauteurs des surcotes marines sont spatialement
très ressemblantes à différentes échelles de temps. Malgré la forte cohérence régionale de ces
variations, il est intéressant de noter qu’à une échelle de temps assez fines (horaire ou
journalière), elles semblent être les plus ressemblantes entre les deux stations pourtant les plus
éloignées. Par contre, pour les deux stations les plus proches, Marseille et le Grau-de-la-Dent
(éloignées seulement de 40 Km), elles sont le plus faiblement corrélées. Cependant, avec les
moyennes mensuelles, ces différences n’existent plus. Les stations de Marseille et Port-
Vendres montrent d’une part des expositions bien particulières par rapport à la l’exposition
générale du Golfe du Lion et celles du Grau-de-la-Dent et de Sète (figure. 1). D’autre part,
elles présentent des côtes rocheuses alors que les stations de Sète et du Grau-de-la-Dent (ainsi
que la majorité du littoral du Golfe du Lion) présentent des côtes basses et sableuses. Ces
particularités semblent influencer les variations de la hauteur des surcotes à l’échelle locale et
pour des pas de temps fins.
2.2 La cohérence spatiale des événements extrêmes
Le calcul des probabilités d’occurrences simultanées des surcotes entre les différentes stations
nous permet d’analyser la cohérence spatiale de leur formation et notamment de celle des
événements extrêmes. Les scores probabilistes ont été calculés entre le Grau-de-la-Dent, Sète
et Port-Vendres, sur la période 1986-1995, à partir des maximums journaliers pris à différents
seuils. Les données de surcotes de l’année 1986 à Marseille sont les seules communes avec
celles de Sète, de Port-Vendres et du Grau-de-la-Dent. Les probabilités entre Marseille et ces
trois autres stations ont ainsi été calculées seulement pour cette année. Pour les surcotes de
faible intensité (<30 cm), la probabilité que ces événements se produisent le même jour dans
les 4 stations autour du Golfe du Lion est très forte (>80%) (figure 2). Mais plus le niveau de
surcote devient important, plus la probabilité que l’événement se produise le même jour
partout autour du Golfe du Lion diminue (figure 2). Cependant, elle reste forte entre le Grau-
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