Estimation des niveaux marins extrêmes en utilisant de l'information régionale et historique

Estimation of extreme sea levels using regional and historical information

• Auteur / Autrice : Laurie Saint Criq
• Direction : Eric Gaume, Taha Ouarda
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Univers et Environnement
• Date : Soutenance le 05/12/2022
• Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel en cotutelle avec Institut national de la recherche scientifique (Québec, province)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des réseaux. Département géotechnique environnement, risques naturels et sciences de la terre - Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des réseaux. Département géotechnique environnement, risques naturels et sciences de la terre
• Jury : Président / Présidente : André St-Hilaire
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Gaume, Taha Ouarda, André St-Hilaire, Liliane Bel, Yasser Hamdi, Jacob Stolle, Iwona Kuptel-Markiewicz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Liliane Bel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mer -- Niveau

Statistiques

Marées

Marégraphes

Limnimétrie

Rivage -- Protection

Évaluation du risque

Mots clés libres

Évaluation des risques côtiers

Niveaux marins extrêmes

Information régionale

Information historique

Théorie des valeurs extrêmes

Analyse bayésienne

Coastal risk assessment

Extreme sea levels

Regional information

Historical information

Extreme value theory

Bayesian analysis

Résumé

L'estimation des niveaux marins de l'aléa naturel submersion marine à prendre en comptepour la protection des centrales nucléaires constitue un enjeu de sûreté important pour l'IRSN. Pour estimer les niveaux marins de période de retour élevée, une analyse statistique locale peut être menée. Cependant, la faible qualité des données, due notamment à de courtes durées d'observation, a pour conséquence de fortes incertitudes d'estimation. L'information additionnelle, régionale et/ou historique, est utilisée en réponse à cette problématique. L'information régionale consiste à valoriser des données disponibles à des site proches du site de référence, et l'information historique consiste à valoriser des évènements observés avant le début des enregistrements au site de référence. Si l'exploitation de l'information additionnelle renforce les ajustement statistiques, elle pose aussi des difficultés méthodologiques. Les niveaux marins extrêmes sont généralement estimés en ajustant une distribution statistique sur les surcotes de pleine mer météorologiques stochastiques, puis en faisant une convolution avec la distribution empirique des marées hautes astronomiques prédictibles. Les observations historiques sont des niveaux marins majeurs extraits des archives dont on peut estimer les surcotes de pleine mer associées, mais on ne peut pas garantir l'exhaustivité de ces dernières. En effet, si une surcote de pleine mer extrême coïncide avec une marée haute d'intensité faible ou modérée, alors elle n'engendre pas systématiquement un niveau marin extrême ayant laissé une trace dans les archives. La problématique liée à l'information historique est donc sa possible non exhaustivité qui peut conduire à des estimations biaisées. L'information régionale se décompose généralement en deux étapes, la formation de régions homogènes et l'estimation régionale. Les problématiques qui en découlent sont donc de choisir une méthode pertinente pour former les régions et une méthode pertinente pour l'estimation régionale, et de prendre en compte les possibles dépendances entre les sites d'une région. Des études ont déjà tenté de répondre aux problématiques associées à l'information régionale et historique, mais peuvent encore être améliorées. De plus, la combinaison de l'information régionale et historique n'a été que très peu traitée jusqu'à présent. La thèse vise donc à développer des méthodes afin de prendre en compte proprement de l'information régionale et/ou historique pour l'estimation des niveaux marins extrêmes. Les approches proposées sont illustrées sur les données de marégraphes européens localisés sur le littoral de l'océan Atlantique, de la Manche et de la Mer du Nord

Estimating the sea levels of the natural marine flooding hazard to be taken into account for the protection of nuclear power plants is an important safety issue for IRSN. To estimate sea levels corresponding to high return periods, a local statistical analysis can be conducted. However, the low quality of the data, due in particular to short observation times, results in high estimation uncertainties. Additional information, regional and/or historical, is used in response to this problem. Regional information consists of evaluating data available at sites close to the reference site, and historical information consists of evaluating events observed before the beginning of recordings at the reference site. If the use of additional information strengthens the statistical adjustments, it also poses methodological difficulties .Extreme sea levels are typically estimated by fitting a statistical distribution to stochasticmeteorological skew surges, then doing a convolution with the empirical distribution of predictable astronomical high tides. The historical observations are major sea levels extracted from the archives from which the associated high tide surges can be estimated, but the exhaustiveness of the latter cannot be guaranteed. Indeed, if a skew surge coincides with a high tide of low or moderate intensity, then it does not systematically generate an extreme sea level that has left a trace in the archives. The problem related to historical information is therefore its possible non-exhaustiveness which can lead to biased estimates. Regional information generally is composed of two steps, the formation of homogeneous regions and the regional estimation. The resulting issues are therefore to choose a relevant method to form the regions and a relevant method for the regional estimation, and to take into account the possible dependencies between the sites of a region. A few studies have already attempted to respond to the problems associated with regional and historical information, but can be further improved. Moreover, the combination of regional and historical information has been treated very little up to now. The thesis therefore aims to develop methods to properly take into account regional and/or historical information for the estimation of extreme sea levels. The proposed approaches are illustrated on data from European tide gauges located on the coast of the Atlantic Ocean, the English Channel and the North Sea