La dynamique des inondations côtières le long de la côte atlantique

Les inondations côtières représentent l'un des risques naturels les plus persistants et destructeurs auxquels sont confrontées les collectivités situées le long du littoral atlantique des États-Unis.De la côte sablonneuse des rives extérieures à la côte urbaine de New York, des millions de résidents et des milliards de dollars d'infrastructures s'étendent dans des zones vulnérables aux inondations. Bien que le public entend souvent parler de « tempêtes » et de « vagues de marée » dans les prévisions météorologiques, la physique sous-jacente, le contexte historique et la science prédictive derrière ces phénomènes sont complexes et méritent d'être compris en profondeur.

Qu'est - ce que l'inondation côtière?

Contrairement aux inondations fluviales, qui résultent de précipitations excessives sur un bassin hydrographique, les inondations côtières sont alimentées par des forces océaniques. Le long de la côte atlantique, ces forces comprennent les cyclones tropicaux (hurrcanes), les cyclones extratropicaux (nords de l'est), les marées astronomiques et l'élévation du niveau de la mer à long terme. Chacun de ces facteurs contribue au risque global d'inondation, et leurs interactions peuvent produire des niveaux d'eau extrêmes qui dépassent de loin n'importe quel facteur.

La côte atlantique est particulièrement vulnérable en raison de son plateau continental large et peu profond. Lorsqu'une tempête pousse l'eau vers le rivage, le plateau peu profond agit comme une rampe, permettant à l'eau de s'accumuler plus efficacement qu'elle ne le ferait le long d'une côte plus raide.

Surgélations : le principal moteur des inondations côtières

Une vague de tempête est une augmentation du niveau de l'eau de mer générée par les vents d'une tempête poussant l'eau vers la côte. Elle se distingue d'une marée de tempête, qui est la combinaison de la vague de tempête et de la marée astronomique. La vague elle-même est causée principalement par la pression du vent à la surface de l'eau, bien que la réduction de la pression atmosphérique joue également un rôle mineur.

Comment le vent se développe-t-il

Le vent soufflant sur une grande masse d'eau exerce une force de friction à la surface, ce qui provoque un mouvement de l'eau dans la direction du vent. Dans l'océan, ce mouvement est équilibré par l'effet de Coriolis, ce qui entraîne un transport net de l'eau à droite de la direction du vent dans l'hémisphère Nord. Alors que le vent continue de souffler vers la côte, l'eau s'accumule le long de la côte. Plus l'eau est faible, plus le vent peut l'accumuler efficacement.

Facteurs clés Contrôle de la hauteur de la surpression

La hauteur des tempêtes n'est pas uniforme le long d'un littoral, mais dépend de plusieurs variables interconnectées :

  • Intensité de la torche: Des vitesses de vent plus élevées produisent une surtension plus importante. Un ouragan de catégorie 5 peut générer des surtensions supérieures à 20 pieds dans certains endroits.
  • Taille du treuil:[ Une grande tempête avec un champ de vent large pousse l'eau sur une zone plus large et pour une durée plus longue, produisant une surtension plus élevée qu'une tempête compacte de la même intensité.
  • Vitesse de marche: Les tempêtes lentes permettent à l'eau de s'accumuler plus longtemps, augmentant la hauteur des ondes. Les tempêtes rapides peuvent produire moins de ondes mais peuvent générer une action dangereuse des vagues.
  • Angle d'approche: Une tempête qui fait chuter perpendiculairement au littoral a tendance à produire la plus forte poussée directement à et à droite du centre de la tempête.
  • Forme côtière: Les côtes et les estuaires concaves peuvent entonner des eaux intérieures, amplifier la poussée. Les baies, les orifices et les embouchures des rivières sont particulièrement vulnérables à l'intrusion de la poussée.

L'ouragan Katrina (2005) a produit une onde de tempête de 28 pieds le long de certaines parties de la côte du Mississippi, entraînée par l'intensité de la tempête, la vitesse lente vers l'avant et l'effet d'entonnoir du delta du Mississippi. L'ouragan Sandy (2012), bien que seulement une tempête de catégorie 1 à l'arrivée sur le sol, a généré une onde record de plus de 14 pieds dans le port de New York en raison de sa taille immense et de l'angle auquel il s'est approché de la côte.

Les vagues de marée : comprendre la terminologie

Le terme « vague de marée » est souvent utilisé à mauvais escient dans les médias populaires pour décrire les ondes de tempête ou les tsunamis.En termes scientifiques, une vague de marée est une vague d'eau peu profonde causée par les interactions gravitationnelles entre la Terre, la Lune et le soleil. Ces vagues sont responsables de l'élévation et de la chute régulières de la surface de la mer que nous connaissons comme marées.

Les marées ne doivent pas être confondues avec les tsunamis, qui sont causés par des tremblements de terre sous-marins, des éruptions volcaniques ou des glissements de terrain. Les tsunamis ne sont pas entraînés par des forces gravitationnelles et ont des longueurs d'onde beaucoup plus longues et des vitesses plus élevées.

Comment les marées affectent les inondations côtières

Si une marée haute coïncide avec une marée haute astronomique, la marée de tempête qui en résulte peut être plusieurs pieds plus élevée que la seule vague. Inversement, si la marée basse se produit, l'inondation peut être réduite au minimum. C'est pourquoi les prévisionnistes accordent une attention particulière au cycle lunaire et aux prévisions de marée lors de la diffusion des avertissements d'inondation.

Les marées de printemps, qui se produisent pendant les nouvelles et les pleines lunes, produisent des marées élevées plus élevées et des marées basses plus basses. Si un ouragan fait des retombées terrestres pendant une marée de printemps, le potentiel d'inondation augmente considérablement. Par exemple, l'ouragan Sandy a fait des chutes terrestres pendant une marée de printemps périgée, lorsque la lune était à son point le plus proche de la Terre.

L'élévation du niveau de la mer augmente progressivement le niveau de référence à partir duquel les marées et les ondes de tempête fonctionnent. Un niveau moyen plus élevé signifie qu'une onde de tempête donnée atteindra plus loin à l'intérieur des terres et causera plus de dommages. Selon la NOAA, le niveau moyen de la mer mondiale a augmenté d'environ huit à neuf pouces depuis 1880, et le taux d'augmentation s'accélère.

Les gens de l'Est : la menace d'inondation hivernale

Bien que les ouragans dominent l'attention du public, les habitants de l'est ne sont pas responsables d'une part importante des inondations côtières le long de la côte atlantique. Ces cyclones extratropicales se forment le long de la côte est, généralement entre octobre et avril, et se caractérisent par des vents forts du nord-est.

Les populations de l'est ne peuvent pas non plus produire de ondes de tempête comparables à celles des ouragans faibles à modérés. Cependant, elles affectent une zone plus vaste et peuvent persister pendant plusieurs cycles de marée. Une tempête lente ou de l'est peut causer des inondations sur de multiples marées hautes, entraînant des dommages cumulatifs.

La principale différence entre les ondes de tempête et les ondes de tempêtes n'est pas le champ éolien. Les ouragans ont un noyau compact et intense avec des vents circulaires, tandis que les gens de l'est n'ont pas un champ de vent plus grand et asymétrique avec des vents soutenus du nord-est.

Facteurs qui influent sur la gravité des inondations côtières

La gravité d'un événement d'inondation côtière le long de la côte atlantique dépend de l'interaction de plusieurs facteurs, dont la compréhension est essentielle pour l'évaluation des risques et la planification des urgences.

Intensité de la tempête et trajectoire

L'intensité d'une tempête, mesurée par sa pression centrale et par les vents maximums soutenus, est un moteur principal de la hauteur de la surtension. Cependant, la trajectoire de la tempête est tout aussi importante. Une tempête qui suit parallèlement à la côte peut produire une surtension sur une zone plus grande, tandis qu'une tempête qui fait chuter le sol à un angle perpendiculaire concentre la surtension au point de chute du sol.

Topographie côtière et bathymétrie

Les côtes escarpées, avec des eaux profondes proches du rivage, connaissent moins de surtension. Les caractéristiques côtières telles que les îles de barrière, les îlots et les estuaires peuvent soit dissiper ou amplifier la surtension selon leur géométrie. Les îles de barrière, par exemple, assurent une certaine protection au continent, mais elles peuvent être surlavées ou brisées lors d'événements extrêmes.

Augmentation du niveau de la mer

L'augmentation du niveau de la mer est une tendance à long terme qui augmente régulièrement le niveau de référence pour les inondations côtières. Les données satellitaires de la NASA montrent que le niveau de la mer mondiale a augmenté d'environ quatre pouces depuis 1993, et que le taux augmente.Le long de la côte atlantique, le taux d'augmentation est plus élevé en raison de l'expansion thermique, de la fonte des glaces et de la subsidence terrestre.

Direction et vitesse du vent

La direction du vent détermine l'endroit où l'eau est poussée. Les vents côtiers (qui soufflent de l'océan vers la terre) sont les plus dangereux pour les inondations côtières. La vitesse du vent détermine l'ampleur de la force exercée sur la surface de l'eau.

Calendrier de la marée haute

Comme nous l'avons mentionné plus haut, la coïncidence entre la marée et la marée haute astronomique peut entraîner des niveaux d'eau extrêmes. La différence entre la marée haute et la marée basse le long du littoral de l'Atlantique peut être de plusieurs pieds, de sorte que le moment de l'arrivée des eaux par rapport au cycle de marée est une variable cruciale.

Pression atmosphérique

La basse pression atmosphérique contribue à la surtension par l'effet baromètre inverse. Pour chaque chute de pression d'un millibar, le niveau de la mer augmente d'environ 0,4 pouces. Dans un ouragan de catégorie 5 avec une pression centrale de 900 millibars, l'effet de pression seul peut contribuer à trois à quatre pieds de surtension.

Prévoir et modéliser les inondations côtières

Les progrès de la modélisation informatique ont grandement amélioré notre capacité de prévoir les ondes de tempête et les inondations côtières. La National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) exploite le modèle de surgélations de la mer, du lac et de la mer à partir des ouragans (SLOSH), qui sert à prévoir les hauteurs des ondes de tempête pour les zones sujettes aux ouragans le long des côtes de l'Atlantique et du Golfe.

Les bassins de la SALO sont définis pour des régions côtières spécifiques, et le modèle est exécuté des milliers de fois pour produire des cartes composites des inondations qui montrent les zones à risque pour différentes catégories d'ouragans. Ces cartes sont utilisées par les gestionnaires des urgences pour planifier les voies d'évacuation et déterminer quelles zones devraient être évacuées en premier.

Ces dernières années, des modèles plus sophistiqués ont été mis au point pour donner une image plus complète des inondations côtières, en combinant des modèles atmosphériques, océaniques et ondulatoires. Le modèle ADCIRC, par exemple, est un modèle hydrodynamique à éléments finis qui simule les niveaux d'eau et les courants sur de grandes zones géographiques.

Limitations des modèles actuels

Malgré ces progrès, la prévision de la surtension demeure difficile. La précision du modèle dépend de la qualité de l'entrée du champ éolien, qui dépend à son tour des prévisions de l'intensité et de la structure de la tempête. De petites erreurs dans la trajectoire de tempête peuvent entraîner de grandes erreurs dans la hauteur de la surtension à des endroits précis.

Changement climatique et risques d'inondations futurs

Le changement climatique modifie le profil de risque des inondations côtières le long de la côte atlantique de plusieurs façons.Tout d'abord, l'élévation du niveau de la mer rend chaque ondes de tempête plus dangereuse. Ce qui était autrefois un événement d'inondation de 50 ans peut maintenant se produire tous les 20 ans, et la fréquence devrait augmenter davantage. Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) prévoit que le niveau de la mer mondiale pourrait augmenter de un à deux pieds d'ici 2100 dans des scénarios d'émissions modérées, avec des valeurs plus élevées possibles dans des scénarios d'émissions élevées.

Deuxièmement, les changements climatiques peuvent modifier le comportement des cyclones tropicaux. Bien qu'il n'y ait pas de preuve évidente que le nombre total d'ouragans augmente, il y a des preuves que la proportion d'ouragans intenses (catégories 4 et 5) augmente. Les eaux océaniques plus chaudes fournissent plus d'énergie pour intensifier les tempêtes, et l'air plus chaud peut contenir plus d'humidité, ce qui entraîne des précipitations plus fortes.

Troisièmement, les changements dans les modes de circulation atmosphérique peuvent affecter la fréquence et les voies des populations de l'Est et, selon certaines études, les populations de l'Est ne devraient pas être moins fréquentes mais plus intenses à mesure que le climat se réchauffe.

Stratégies d ' atténuation et d ' adaptation

En réponse à la menace croissante d'inondations côtières, les collectivités le long de la côte atlantique mettent en œuvre une série de stratégies d'atténuation et d'adaptation, notamment des mesures structurelles, comme les digues et les digues, et des mesures non structurelles, comme l'aménagement du territoire et les codes de construction.

Mesures structurelles

Les murs de mer, les murs de crue et les digues constituent une barrière physique contre les ondes de tempête. L'exemple le plus célèbre est le Delta Works, qui protège le pays bas de la mer du Nord. Aux États-Unis, le système de réduction des risques de dommages causés par les ouragans et les tempêtes (HSDRRS) à la Nouvelle-Orléans comprend des kilomètres de digues, de déluges et de barrières de surtension.

Cependant, les mesures structurelles ont des limites, elles sont coûteuses à construire et à entretenir, et elles peuvent créer un faux sentiment de sécurité. Un mur de mer conçu pour résister à une tempête de catégorie 3 peut être surmonté par une tempête de catégorie 4.

Mesures non structurelles

Les mesures non structurelles visent à réduire la vulnérabilité par un développement et une préparation plus intelligents, notamment l'élévation des bâtiments dans les zones inondables, l'utilisation de matériaux résistants aux inondations et l'application de codes stricts pour les bâtiments.

Les zones humides côtières absorbent l'énergie des vagues et stockent les eaux d'inondation, tandis que les dunes agissent comme des barrières naturelles. Le U.S. Fish and Wildlife Service soutient la restauration et la conservation de ces systèmes naturels dans le cadre d'une approche globale de la résilience côtière.

Systèmes d'alerte rapide

Les investissements dans les systèmes d'alerte précoce, y compris les prévisions des ondes de tempête et la cartographie des inondations, sont essentiels pour sauver des vies. Le Centre national d'ouragan de la NOAA émet des alertes et des veilles des ondes de tempête, et le Service météorologique national fournit des prévisions locales des inondations.

L'éducation et la sensibilisation du public sont tout aussi importantes, car de nombreux habitants des zones côtières ne comprennent pas pleinement le risque de tempêtes, même s'ils vivent dans une zone d'évacuation.

Conclusion

Les inondations côtières le long de la côte atlantique sont une interaction complexe entre la physique atmosphérique, l'océanographie et la géologie côtière.Les tempêtes, entraînées par le vent et la pression, sont la principale cause des inondations extrêmes, mais elles sont modulées par les marées, l'élévation du niveau de la mer et la géographie locale.

L'adaptation n'est pas facultative. Grâce à une combinaison d'amélioration des prévisions, de protections structurelles, d'infrastructures naturelles et de politiques intelligentes d'utilisation des terres, il est possible de réduire les risques et de bâtir des collectivités plus résilientes le long de cette côte dynamique et vulnérable.