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Érosion majeure au droit de l’immeuble Le Signal, séparé du haut de falaise par 15 mètres de dune, suite aux tempêtes de décembre 2013 et janvier 2014 (Soulac-sur-Mer, Aquitaine, 2014).

Méthodologie de détermination et d’estimation du recul maximal des dunes lors d’évènements extrêmes

11.08.2016
Pour certains littoraux sensibles, les conséquences d’une érosion dunaire brutale peuvent être désastreuses, en provoquant des dégâts matériels sur les aménagements et les infrastructures ou en amplifiant les conséquences des phénomènes de submersion marine. Cette étude méthodologique s’est focalisée sur la détermination du recul maximal des dunes (Lmax) pour les événements extrêmes dans les environnements littoraux sableux.

Après un premier travail qui a permis de contribuer à un encart spécifique inclus dans le guide méthodologique des Plan de Prévention des Risques Littoraux (Direction Générale de la Prévention des Risques, 2014), cette deuxième phase d’étude, programmée sur deux ans (2014-2015), vise à étudier les méthodes d’estimation du recul maximal dunaire lors des tempêtes, en explorant les possibilités de la modélisation numérique.

En premier lieu, le modèle XBeach a été testé sur des cas simplifiés de profils de plages métropolitaines perpendiculaires à la côte. Le modèle a ensuite été mis en œuvre pour un cas réel de tempête affectant une plage et la dune. L’inventaire et la recherche de données disponibles, réalisés en concertation avec l’ONF et le Conservatoire du Littoral, a mené au choix du Lido de l’Or et de la plage du Petit Travers (Languedoc-Roussillon, Hérault) comme cas d’étude. En novembre 2014, une sévère tempête y avait en effet provoqué un recul marqué du front dunaire ainsi que des dégâts sur les aménagements d’accès à la plage. Pour reproduire ces effets érosifs, le modèle numérique XBeach 2D a été mis en œuvre sur la partie ouest de la plage.

Le paramétrage et le scénario retenus pour mettre en œuvre le modèle permettent de reproduire les conditions hydrodynamiques et certaines évolutions morphologiques de la plage du Petit Travers durant la tempête de novembre 2014 : forte érosion du haut de plage et pied de dune atteint par les vagues. Cependant, le recul important du front dunaire observé n’a pas pu être reproduit avec le modèle. Sur la base de quelques tests de sensibilité réalisés avec le modèle XBeach, l’étude souligne l’importance de disposer de suivis réguliers et de données bathymétriques (plage sous-marine) et topographiques (plage et dune) de pré-tempête pour reproduire, ou prédire, le recul maximal de dunes via des modèles.

Érosion du front dunaire et dégâts sur les aménagements d’accès à la plage du Petit Travers (Hérault) sous l’impact de la tempête de novembre 2014. Photo du 29/11/14. © Lionel Puech

Érosion du front dunaire et dégâts sur les aménagements d’accès à la plage du Petit Travers (Hérault) sous l’impact de la tempête de novembre 2014. Photo du 29/11/14. © Lionel Puech

Contexte

Cette étude a été menée en partenariat avec la Direction Générale de la Prévention des Risques (DGPR) du ministère de l’Environnement, de l’Énergie et de la Mer (MEEM).

Objectif

Dans le nouveau guide méthodologique pour les plans de prévention des risques littoraux (DGPR, 2014), l’aléa de recul du trait de côte sableux est estimé à partir des valeurs de recul moyen annuel et du recul ponctuel maximal (Lmax). Cette étude visait à améliorer les méthodes d’estimation du recul maximal des dunes lors des tempêtes en explorant les possibilités de la modélisation numérique.

L’objectif était en premier lieu de tester le modèle XBeach pour des cas simplifiés perpendiculaires à la côte (1D) puis de mettre en place un modèle numérique sur un cas réel (2D).

Programme des travaux

Lors de la première phase, le travail a consisté à :

  • présenter les capacités du modèle XBeach et ses applications pour l’érosion dunaire à partir d’une bibliographique récente ;
  • décrire la méthode d’élaboration des scénarios hydrodynamiques de tempête utilisés par le modèle ;
  • simuler l’évolution de la plage et de la dune en conditions extrêmes pour 6 cas simplifiés de profils de plage et de tempête.

La seconde phase visait à :

  • identifier et décrire un site d’étude pertinent ayant subi un recul dunaire important ;
  • définir le scénario hydrodynamique et morphologique permettant de reproduire l’évènement ;
  • tester la mise en œuvre du modèle XBeach sur une morphologie de plage réaliste et tridimensionnelle pour le scenario de tempête retenu.

Résultats obtenus

La première phase a permis de mettre en œuvre le modèle XBeach pour 6 cas simplifiés, représentatifs de plages que l’on peut rencontrer sur les différentes façades maritimes de métropole (Manche, Atlantique, Méditerranée). Quatre scénarii de forçage ont été définis afin de prendre en considération des intensités croissantes de conditions énergétiques, depuis le scénario 1 (niveaux d’eau et vagues annuels) jusqu’au scénario 4 (niveaux d’eau et vagues centennaux)

Le modèle XBeach utilisé en mode 1D permet de reproduire des phases d’érosion dunaire pour des cas simplifiés de métropole. Ces tests réalisés sans phase de calibrage du modèle montrent que la phase d’érosion principale intervient sur une durée de 2 à 3 heures, avant que le modèle ne se stabilise sur un profil d’équilibre morphodynamique. Lorsque le profil d’équilibre est atteint et que la morphologie n’évolue plus significativement, il est alors possible de déterminer le recul maximal modélisé.

Les résultats montrent une possible sous-estimation de l’érosion pour quatre cas tests (Nord Médoc, Landes, Corse, Nord-Pas-de-Calais). Toutefois, le manque de données "terrain" concernant l’érosion provoquée par différentes conditions hydrodynamiques de tempête ne permet pas de conclure. Ce constat pointe l’intérêt de procéder au calibrage du modèle pour les différents sites tests, sur la base de mesures et d’observations précises. De plus, l’impact de la morphologie tridimensionnelle et des processus longshore pourrait expliquer la sous-estimation probable des érosions modélisées.

La seconde phase a permis de travailler sur un cas de morphologie tridimensionnelle et de tempête réaliste. L’inventaire et la recherche de données disponibles, pour mener à bien cette étape ont été réalisés en concertation avec l’ONF et le Conservatoire du Littoral, menant au choix du Lido de l’Or et de la plage du Petit Travers (Languedoc-Roussillon, Hérault) comme cas d’étude. Cette plage est un secteur en érosion récurrente située dans le Golfe d’Aigues-Mortes. En novembre 2014, une sévère tempête y avait provoqué un recul marqué du front dunaire et des dégâts sur les aménagements d’accès à la plage.

Pour reproduire cette tempête et ces effets érosifs, le modèle numérique XBeach 2D a été mis en œuvre sur la partie ouest de la plage, pour un secteur de 1 200 m de côté et une période comprise entre le 27/11/2014 et le 30/11/2014. Des tests de sensibilité aux paramètres de réglage ont été réalisés en mode 1D. La morphologie initiale provient du MNT Litto3D issu de mesures Lidar topo-bathymétriques effectuées en 2009 et 2010. Les conditions hydrodynamiques fournies en entrée du modèle sont constituées par :

  • les conditions de vagues reproduites par un emboitement de modèles Swan en mode instationnaire, prenant en compte le vent local ;
  • les niveaux d’eau issus du marégraphe de Sète.

Le paramétrage et le scénario retenus pour mettre en œuvre le modèle XBeach ont permis de reproduire les conditions hydrodynamiques et certaines évolutions morphologiques de la plage du Petit Travers durant la tempête de novembre 2014.

Les résultats des simulations montrent que :

  • les plus fortes évolutions morphologiques interviennent tout au long de la journée du 28 novembre, lorsque les forçages (niveau d’eau et vagues) atteignent leur pic d’intensité ;
  • l’érosion du haut de plage est forte et atteint le pied de dune, mais elle n’impacte pas le front dunaire.

Pour la problématique d’estimation du recul dunaire, l’érosion générée par le modèle au niveau du front dunaire apparait insuffisante. Pour expliquer cette insuffisance, l’hypothèse d’une sensibilité du modèle à la morphologie initiale a été vérifiée par un test pratiqué en 1D. Ce test montre que XBeach est capable de simuler l’érosion du front dunaire pour un profil initial préalablement lissé et abaissé.

Les résultats obtenus soulignent l’importance  disposer de données bathymétriques (plage sous-marine) et topographiques (plage et dune) de pré-tempête. Ces données apparaissent en effet cruciales lorsque l’on souhaite reproduire ou prédire le recul maximal de dunes par un modèle.

Partenaires

MEEM/DGPR
DREAL LRO
ONF
Conservatoire du Littoral.

Profils topographiques simulés par le modèle XBeach 1D pour les 4 scénariii du cas schématique « Languedoc » © BRGM

Profils topographiques simulés par le modèle XBeach 1D pour les 4 scénariii du cas schématique "Languedoc". © BRGM

Action érosive des vagues sur le front dunaire et son impact de déstabilisation de l’aménagement d’accès à la plage. Prise de vue du 29/11/14 à 15h00. © Lionel Puech

Action érosive des vagues sur le front dunaire et son impact de déstabilisation de l’aménagement d’accès à la plage. Prise de vue du 29/11/14 à 15h00. © Lionel Puech

Emprise de la zone modélisée à l’ouest de la plage du Petit Travers et données morphologiques du MNT Litto3D à 5 m employé © Litto3D SHOM-IGN et BRGM

Emprise de la zone modélisée à l’ouest de la plage du Petit Travers et données morphologiques du MNT Litto3D à 5 m employé. © Litto3D SHOM-IGN et BRGM

Évolution de la morphologie simulée par XBeach 2D pour la tempête de novembre 2014. Zoom au niveau de la plage aérienne et de la dune. © BRGM

Évolution de la morphologie simulée par XBeach 2D pour la tempête de novembre 2014. Zoom au niveau de la plage aérienne et de la dune. © BRGM

RAPPORTS PUBLICS

  • BRGM/RP-63157-FR - Méthodologie de détermination du recul maximum des dunes pour les événements extrêmes. Rapport final - Télécharger le rapport
  • BRGM/RP-64184-FR - Méthodologie de détermination et d’estimation du recul maximal des dunes lors d’évènements extrêmes Phase 2/A. Rapport final - Télécharger le rapport
  • BRGM/RP-65439-FR - Méthodologie de détermination et d’estimation du recul maximal des dunes lors d’évènements extrêmes Phase 2 - Année 2. Rapport final - Télécharger le rapport
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