Modélisation numérique des ondes longues océaniques. Application à l'évaluation des risques tsunamis en Haïti

Numerical modelling of long oceanic waves. Application to tsunami risk assessment in Haiti.

• Auteur / Autrice : Richard Delva
• Direction : Narcisse Zahibo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'univers
• Date : Soutenance le 19/07/2021
• Etablissement(s) : Antilles
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Milieu insulaire tropical à risques : protection, valorisation , santé et développement (Pointe-à-Pitre)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de Physique de l'Atmosphère Tropicale
• Jury : Président / Présidente : Rudy Calif
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Narcisse Zahibo, Rudy Calif, Ahmet Yalciner, Andrey Zaytsev, Mélody Philippon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ahmet Yalciner, Andrey Zaytsev

Mots clés

Mots clés contrôlés

Risques naturels

Mots clés libres

Modélisation numérique

Ondes longues océaniques

Données bathymétriques et topographiques

Risque

Numerical modelling

Long oceanic waves

Data bathymetric and topographic

Risk

Résumé

Les travaux rapportés à l’intérieur de cette thèse traitent de la modélisation numérique des ondes longues océaniques. Ces modélisations numériques sont utilisées pour évaluer le risque de tsunami à Haïti. Dans du premier temps, les contextes géodynamiques et sismiques de la région caribéenne ont été étudiés sous une forme analytique. Les équations des ondes longues et hyperboliques ont été démontrées pour leur application dans les codes de modélisation numérique. La stratégie de recherche utilisée au cours de cette thèse se base sur une étude rigoureuse des données bathymétriques et topographiques afin d’optimiser et de rationaliser les résultats de ces travaux de recherche à travers des outils de traitement de ces données comme Global mapper, Surface-water Modeling system, Surfer. Les simulations numériques ont beaucoup progressé au cours des 30 dernières années et sont maintenant utilisées comme l’un des moyens les plus efficaces dans la conception pratique des ouvrages et des structures de défense contre les tsunamis. Ce progrès a été soutenu par le développement de la sismologie et par les progrès technologiques des moyens de calcul. La sismologie a permis d’estimer le mécanisme de faille et le déplacement connexe du fond marin. Elle peut fournir le profil initial d’un tsunami qui n’a jamais été mesuré sur le site avec des méthodes de mesure conventionnelles. La perturbation générée par le mouvement du fond transmet à son tour ce mouvement à une colonne d’eau. Cette perturbation se propage sous l’effet de la gravité et peut-être décrite analytiquement de la même façon que les ondes sismiques. Ainsi le but de notre étude a été aussi d’élaborer une liste de scénarios sismiques tsunamigènes, comprenant des événements réels et potentiels pouvant impacter la République d’Haïti. Dans un deuxième temps, ces scénarios serviront de sources sismiques potentielles en entrée des codes numériques capables d’engendrer des tsunamis dans la région concernée. Les résultats de modélisation seront ensuite utilisés pour dériver des conditions de conception de structures et d’installations côtières et marines, robustes. Les résultats de ComMIT/MOST, exploités avec panoply, et ceux de NAMI DANCE exploités avec Surfer et Grapher montrent concrètement que le risque de tsunami est bien réel sur la République d'Haïti. L'exploitation des résultats, pour l’ensemble des sources a permis d'évaluer les temps d'arrivée des premières vagues de tsunami de 60 minutes pour la minucipalité d’Aquin, 45 minutes pour les municipalités Bainet et Anse-à-Pitre, et une cinquantaine de minutes pour la municipalité Île-à-Vache, calculés pour la source tectonique FSCDB. Les durées totales des événements sont en moyenne 120 minutes pour toutes les sources tectoniques simulées, permettant de faire procéder au retour en toute sécurité des populations en zone côtière. Les amplitudes maximales qui sont en moyenne 1 m à 10 m, ont permis d’évaluer le déferlement des vagues de tsunamis sur le littoral du pays, à travers des formules analytiques. L’heure d’arrivée des tsunamis locaux sont en moyenne 20 minutes tel que celui de la source sismique 1842 qui représente une menace réélle pour le nord de la République d’Haïti.Les résultats de la modélisation seront également utilisés pour la planification d'urgence et la prise de décision, afin d'estimer les pertes potentielles de vie et les dommages aux installations côtières, d'élaborer des mesures de sauvetage et d'atténuation, et enfin de planifier les opérations de nettoyage. Nous analyserons les cartes d’inondation des différentes zones côtières. Les données ainsi produites permettront d’apporter une aide à la décision aux opérateurs communaux dans le cadre de la gestion du risque tsunami sur le littoral haïtien.

The work reported in this thesis deals with the numerical modeling of long ocean waves. These numerical models have used to assess the risk of tsunami in Haiti. Initially, the geodynamic and seismic contexts of the Caribbean region studied in an analytical form. Long and hyperbolic wave equations have demonstrated in their application in numerical modeling codes. The research strategy used in this thesis based on a rigorous study of bathymetric and topographic data in order to optimize and streamline the results of this research work through data processing tools such as Global Mapper, Surface-water Modeling System and Surfer. Numerical simulations have progressed significantly over the past 30 years and used now as one of the most effective means in the practical design of tsunami defense structures and structures. This progress was supported by the development of seismology and the technological progress of computational means. Seismology used to estimate the fault mechanism and associated seabed displacement. It can provide the initial profile of a tsunami that has never measured at the site using conventional measurement methods. The disturbance generated by the movement of the bottom in turn transmits this movement to a column of water. This disturbance propagates the effect of gravity and describes analytically in the same way as seismic waves. Thus, the purpose of our study is, initially to develop a list of seismic scenarios tsunamigenic including real and potential events that could a threat the Republic of Haiti. In a second step, these scenarios will serve as potential seismic sources to input numerical codes capable of generating tsunamis in the region concerned. The modeling results will use to derive from the robust design conditions of coastal and marine structures and facilities. The results of ComMIT/MOST, exploited with panoply, and those of NAMI DANCE exploited with Surfer and Grapher show concretely that the risk of tsunami is very real on the Republic of Haiti. Using the results, for all sources, it was possible to estimate the arrival times of the first waves of tsunami of 60 minutes for the municipality of Aquin, 45 minutes for municipalities Bainet and Anse-à-Pitre, and about 50 minutes for the municipality of Île-à-Vache, calculated for the tectonic source FSCDB. The total duration of the events is on average 120 minutes for all simulated tectonic sources, allowing the safe return of populations in coastal zones. The maximum amplitudes, which are on average 1 m to 10 m, made it possible to evaluate the surge of waves of tsunamis on the coast of the country, through analytical formulas. The time of arrival of local tsunamis are on average 20 minutes such as that of the seismic source 1842 which represents a real threat for the north of the Republic of Haiti.Modeling results will also be used for emergency planning and decision-making to estimate potential loss of life and damage to coastal facilities, develop rescue and mitigation measures, and finally to plan the cleaning operations. We will analyze flood maps of different coastal areas. The data thus produced will allow providing the assistance, and take the decision by the communal decision maker in the framework of the management of the tsunami risk on the Haitian coast.