Le port le plus au sud de la Louisiane est un lieu clé pour l'industrie énergétique américaine, mais aussi l'un des endroits les plus vulnérables du pays. Port Fourchon dans la paroisse de Lafourche dessert 90 % des activités pétrolières et gazières en eaux profondes du Golfe du Mexique, c'est pourquoi l'U.S. Naval Research Laboratory a investi 25 millions de dollars dans LSU pour créer un dôme numérique protégeant Port Fourchon et le Louisiana Offshore Oil Port, le seul port en eau profonde offshore du pays, contre les menaces de cybersécurité. Plus de 1,5 million de barils de pétrole brut sont transportés par pipelines à travers le port par jour et environ 1, 200 camions entrent et sortent également du port chaque jour.

Le long de, une fine bande de plage de sable s'étend le long du périmètre sud du port, la protéger du nord du golfe du Mexique et de la menace des ouragans, onde de tempête, et les inondations. Cependant, chaque année, le rivage recule d'environ 30 à 50 pieds, se rapprochant du port, qui abrite plus de 250 entreprises. La plage qui se trouve au sud de Port Fourchon perd chaque année plus de terres à cause de l'élévation du niveau de la mer, érosion, et affaissement, ou couler, que tout autre endroit aux États-Unis

"Je dirais que la perte de terres est l'une des plus grandes menaces pour le port et le sud de la Louisiane, " a déclaré Kevin Xu, directeur par intérim du LSU Coastal Studies Institute, qui est également James P. Morgan Distinguished Professor au Département d'océanographie et de sciences côtières du LSU College of the Coast &Environment.

Dragage, ou creuser, le sable et les sédiments du fond marin et des barres de sable et leur transport pour reconstruire et renforcer les plages, comme celui qui protège Port Fourchon, ainsi que des dunes de sable, îles barrières, et les marais, est l'une des principales stratégies utilisées pour lutter contre la perte de terres côtières en Louisiane. Cependant, c'est une entreprise coûteuse. Par exemple, l'État a dépensé plus de 70 millions de dollars pour draguer et transporter 3,3 millions de mètres cubes de sable par barge et l'a pompé à travers un pipeline pour renforcer le cap Caminada, une autre plage non aménagée fortement impactée par l'érosion, qui protège également Port Fourchon des tempêtes.

Le bilan sédimentaire, ou la quantité de sable et de sédiments disponibles pour des projets de dragage à grande échelle comme celui-ci, est fini. En outre, les ouragans peuvent déplacer du sable et des sédiments, ce qui rend les projets de dragage et de réalimentation encore plus difficiles. C'est pourquoi l'expertise de Xu dans la modélisation informatique du transport des sédiments est vitale.

"Les efforts de LSU sont d'une grande importance pour toute personne impliquée dans la détermination de la meilleure façon d'utiliser les sédiments de dragage de la manière la plus bénéfique pour les zones protégeant Port Fourchon ainsi que la côte sud de la Louisiane en général, " a déclaré Chett C. Chiasson, Directeur général de la Commission portuaire du Grand Lafourche.

Faculté LSU, y compris Xu et LSU College of the Coast &Environment Dean Chris D'Elia, a récemment rencontré Chiasson et d'autres intervenants à Port Fourchon pour examiner de près le port et discuter des moyens de collaborer sur des projets côtiers et environnementaux.

"Les questions et l'engagement qui ont résulté de ce voyage ont certainement conduit à un désir accru de continuer à travailler avec LSU afin de répondre aux préoccupations futures qui doivent être prises en compte alors que nous élaborons un plan stratégique, processus scientifique pour maximiser l'utilisation bien intentionnée des sédiments que nous prélevons directement de nos glissements et de Belle Pass. Nous attendons avec impatience une future collaboration sur la gestion des sédiments alors que nous travaillons tous vers le même objectif d'améliorer notre littoral grâce à des stratégies d'atténuation réussies, " a déclaré Chiasson.

Xu est un expert dans le développement de modèles informatiques complexes capables de simuler et de prévoir comment les sédiments se déplacent et modifient la côte. Il fait partie d'une équipe de chercheurs qui a développé un modèle informatique 3D qui inclut plusieurs facteurs :vent, niveau d'eau, sédiment, vagues, et la végétation pour simuler les grandes quantités de sédiments sableux qui ont été déplacés lorsque l'ouragan Gustav, qui fut l'un des derniers ouragans à avoir durement touché Port Fourchon, a touché terre en Louisiane en 2008. L'ouragan Gustav et Port Fourchon sont des proxys dans le modèle informatique, qui peut être appliqué aux régions du monde touchées par d'autres ouragans et de grandes tempêtes.

« La compréhension des moteurs et des processus responsables du changement géomorphique côtier est essentielle pour estimer les bilans sédimentaires à long terme - une facette importante de la résilience dans le contexte de l'élévation du niveau de la mer et du changement climatique - et de la restauration côtière, " ont écrit Xu et ses co-auteurs dans un article récent publié dans Génie côtier .

Port Fourchon et le cap Caminada étaient juste à l'est de la trajectoire de l'ouragan Gustav, qui, selon Xu et d'autres experts, est l'endroit le plus dangereux pendant un ouragan.

Pendant l'ouragan Gustav, le sable de la plage et du large a été poussé sur la dune et déposé dans le marais par le port.

« L'effet s'appelle un dépôt de sur-lavage. Cela se produit naturellement, mais l'ampleur du dépôt de débordement au sud de la région de Port Fourchon [de l'ouragan Gustav] était massive, " dit Xu.

En raison du mouvement du vent dans le sens antihoraire des ouragans dans l'hémisphère nord, l'énergie et la force du vent les plus fortes frappent les zones à l'est ou à droite de la trajectoire d'un ouragan.

« Le schéma spatial est très clair :des dizaines de kilomètres juste à l'est de la voie ferrée, à cet endroit, vous ferez l'expérience du vent le plus fort, les plus hautes vagues, et le plus gros dépôt de sédiments. C'est l'endroit le plus dommageable et destructeur, " dit Xu.

Il y a quelques années, Xu et d'autres ont identifié ce modèle dans leur recherche qui a comparé les impacts de l'ouragan Katrina à l'ouragan Rita en 2005. Les dommages économiques et environnementaux de l'ouragan Katrina ont coûté plus de 40 milliards de dollars en pertes assurées. En août 2005, L'ouragan Katrina a pris un chemin rapide directement vers le rivage et a causé des perturbations intenses et localisées des fonds marins le long du plateau continental oriental de la Louisiane. Environ trois semaines plus tard, L'ouragan Rita a touché terre à un angle, ce qui a fait que son impact s'est étendu sur tout le plateau continental de la Louisiane. Plus de 131 millions de tonnes de sédiments post-ouragan ont été déplacées lorsque les ouragans Katrina et Rita ont traversé la côte de la Louisiane, selon les recherches du professeur LSU Boyd Eugene Turner et ses collègues. Ils ont trouvé des sédiments déplacés dans les zones humides de plusieurs centimètres d'épaisseur.

Xu et Samuel J. Bentley, la chaire Billy et Ann Harrison en géologie sédimentaire et vice-président LSU de la recherche et du développement économique, ainsi que six autres professeurs de LSU ont été financés au cours des sept dernières années pour étudier les fosses de dragage à partir desquelles le sable est creusé et transporté pour reconstruire les dunes et les plages, comme celles qui protègent Port Fourchon.

Ship Shoal est une vaste zone sablonneuse située au large de la côte centre-sud de la Louisiane, qui est estimé à 1,2 milliard de mètres cubes de sable de quartz de haute qualité. Des dizaines de millions de mètres cubes de ce sable de haute qualité ont déjà été dragués de Ship Shoal pour restaurer le cap Caminada. Ship Shoal dredge pits fill back up with mud and sand under the impact from the Mississippi and Atchafalaya rivers, wind-driven currents, storm waves, and tides. LSU researchers continue to study this dynamic place that is important to coastal restoration as well as the environmental impacts of the dredge pit. 

"What we found is that those dredge pits can potentially impact water quality. When you dig a big hole, the water is deep and sluggish, the bottom is very turbid, and you can potentially develop low dissolved oxygen conditions, which is called hypoxia, " Xu said. 

Other LSU researchers have shown that hypoxic conditions in the Gulf of Mexico do not bode well for marine life including fish, shrimp, and crabs that fuel the seafood industry.

In addition to the ecological impact, Xu and Bentley also studied how the dredge pit affects the oil and gas pipelines. They found that the walls of the dredge pits are fairly stable. It is unlikely that the pit will collapse and affect the pipeline in the short term, especially with the 1, 000-foot buffering distance set by the Bureau of Ocean &Energy Management for dredging near the pipeline.   

"Our study showed that the pit wall doesn't migrate that quickly. We found that 1, 000 feet is a very conservative distance for muddy pits. Resource managers could potentially use a shorter distance and be able to dig out more sand, but additional, longer term studies in the future are needed, " Xu said. 

Resource managers at the state's Coastal Protection and Restoration Authority, or CPRA, rely on academic research findings to maximize the benefits of projects while minimizing negative impacts. In light of continued subsidence, le niveau de la mer monte, and stronger storms, resource managers apply LSU research toward developing sustainable solutions.

"Research such as Dr. Xu's increases our knowledge of how sediment moves and responds under various conditions, which helps us design effective projects and strategies to restore our coast and protect our infrastructure including Port Fourchon, " said Angelina Freeman, CPRA senior scientist and LSU alumna.

Freeman's PhD advisor was LSU Boyd Professor Harry Roberts, who is internationally recognized for his seminal research on the Mississippi River Delta. 

"I am so fortunate to have been mentored by Dr. Roberts, " she said. "My PhD at LSU provided the framework for understanding the natural processes that must be harnessed, and the application of pioneering science and engineering for effective coastal restoration management."