Alors que le changement climatique fait monter le niveau de la mer, les villes estuariennes sont confrontées à la double menace d'inondations et d'érosion importante. Les recherches d'une équipe conjointe de l'EPFL et de l'UNSW Sydney apportent un éclairage nouveau sur les forces hydrodynamiques en jeu et ouvrent la voie à des stratégies préventives.

Près de 60% de la population mondiale vit à proximité d'un estuaire, et la liste des villes estuariennes comprend 21 des 30 plus grands centres urbains du monde, dont New York et Tokyo. Le mélange d'eau douce et d'eau salée fait des estuaires, dont certains s'étendent sur des centaines de kilomètres de long, des écosystèmes divers et complexes. Ils remplissent également d'importantes fonctions sociales et économiques, du transport de marchandises aux loisirs et à la pêche. Les estuaires peuvent être classés en deux types de base, selon que l'entrée est restreinte (étroite) ou libre (large). Les variations de l'accrétion de sédiments et du débit d'eau peuvent également entraîner une modification des canaux d'entrée au fil du temps.

A la fin du siècle, On s'attend à ce que le niveau mondial de la mer soit plus élevé qu'aujourd'hui. L'augmentation prévue - entre quelques dizaines de centimètres et 2,5 mètres ou plus - dépend de la façon dont le rythme des émissions mondiales de gaz à effet de serre ralentit, et sur la vitesse à laquelle les calottes glaciaires de l'Antarctique et du Groenland fondent. Mais dans tous les scénarios, l'élévation du niveau de la mer modifiera considérablement l'hydrodynamique des marées dans les estuaires. Les effets de ces changements pourraient se faire sentir à l'intérieur des terres, y compris dans les villes qui se trouvent sur leurs rives. Les pires prévisions indiquent des inondations et une augmentation de l'érosion côtière.

En 2019, L'étudiant EPFL Steve Hottinger a exploré ce phénomène dans le cadre de son projet de Master en sciences et ingénierie de l'environnement. Depuis l'obtention de son diplôme, il a fait passer son travail au niveau supérieur, faire équipe avec des collègues de l'UNSW Sydney, Australie, de publier ses découvertes dans la prestigieuse revue Q1 Estuarine, Science du littoral et du plateau continental. Hottinger est nommé comme l'un des principaux auteurs de l'article.

Ratios critiques

Les chercheurs ont étudié divers phénomènes :amplification des marées, déformation, réflexion et résonance—pour calculer les ratios critiques entre la taille du canal et les risques d'inondation et d'érosion côtière. Ils ont observé une réduction notable de 20 à 60 % de l'amplitude des marées si les entrées sont restreintes de 80 % par rapport aux canaux non restreints, et trouvé que, bien que la vitesse maximale du courant de marée soit plus élevée dans la partie restreinte du chenal, il est plus bas dans la partie estuarienne.

L'équipe a modélisé 200 estuaires prismatiques pour évaluer leur réponse hydrodynamique à des élévations du niveau de la mer comprises entre 0 et 2 mètres, après ajustement pour le forçage des marées. Ils ont introduit un certain nombre de paramètres dans le modèle, y compris la vitesse des crues, rapport largeur/longueur, restriction d'entrée, amplitude des marées et vitesse du courant, et la profondeur de l'eau. Pour chaque estuaire, le modèle a été exécuté pendant 60 jours, les chercheurs prenant des milliers de mesures toutes les 15 minutes pour produire un riche ensemble de données.

Éviter la catastrophe

Les conclusions de l'équipe suggèrent que, pour certaines villes, il sera nécessaire de restreindre les entrées des estuaires pour éviter une catastrophe d'ici 2100. Leur modèle pourrait fournir des indications sur les endroits et les actions nécessaires. "Nous pouvons certainement voir des utilisations réelles de notre modèle en dehors du laboratoire, " dit Giovanni De Cesare, le directeur opérationnel de la Plateforme Constructions Hydrauliques de l'EPFL, qui a supervisé le projet de maîtrise de Hottinger et est l'un des co-auteurs de l'article.

De Cesare envisage également d'autres applications pratiques du modèle. "On pourrait envisager d'installer une centrale marémotrice dans un estuaire pour produire de l'électricité renouvelable, " suggère-t-il. " Mais nous aurions besoin d'examiner chaque cas selon ses mérites et de considérer les implications sociales et environnementales plus larges. " L'équipe prévoit de réexécuter le modèle, cette fois en tenant compte de l'impact du débit de la rivière.