Observations et modélisation

Affiner les données et les mesures dans les zones prioritaires

Cette tâche a été réalisée par l’IFREMER, le BRGM et les partenaires extracommunautaires (Université des West Indies Trinidad & Tobago, CARICOOS, MonaGis) et a permis d’affiner l’acquisition de données dans les zones prioritaires, la durée et les paramètres clés à observer.

De nombreuses campagnes de mesures ont été réalisées par les partenaires du projet CaribCoast, avec le déploiement  d’instruments comme des ADCP, des capteurs de pression, des bouées dérivantes et des caméras vidéos. Une partie de ce matériel , acquis dans la cadre de CaribCoast, a été livré aux partenaires extra-communautaires du projet afin de renforcer leur capacité d’acquisition. Cela concerne : l’Université des West Indies à Trinidad & Tobago, CARICOOS à Puerto Rico et MonaGis en Jamaïque. D’autres campagnes de mesures, menées par IFREMER et le BRGM, faisant appel notamment à NortekMed , ont eu lieu proche des Antilles françaises. En tout, 14 ADCP, 6 capteurs de pression, 1 bouée houlographe et 2 cameras ont été installés sur différents sites et 12 bouées dérivantes ont été libérés (voire figure).

Ces instruments ont permis de récolter des données sur les sites étudiés, tels que la vitesse, direction et variabilité des courants marins, le niveau d’eau, la température du fond marin, les caractéristiques des vagues et l’évolution du trait de côte. Ces données enrichissent la compréhension des phénomènes physiques liées à l’hydrodynamique côtière et sont exploitables pour la validation des modèles numériques.

Certaines données du projet seront prochainement disponibles pour être téléchargés depuis la plateforme numérique du projet, où l’on peut aussi trouver les rapports des campagnes de mesures et la description des données collectées.

Création d’une plate-forme de modélisation hydrodynamique

Une plate-forme de modélisation hydrodynamique a été créée afin d’améliorer la connaissance de la circulation 3D des masses d’eau de la région en détaillant le rôle des structures tourbillonnaires (< 30 km) dans le contrôle des propriétés hydrologiques à proximité des îles de la Caraïbe jusqu’à la submersion marine en tenant compte de l’impact des événements extrêmes comme les cyclones et les tsunamis.

 Ce travail sera effectué en faisant appel à la modélisation numérique selon:

• Deux échelles spatiales de travail : la Mer des Caraïbes et les Antilles Françaises (Guadeloupe et Martinique) ;
• Deux échéances temporelles, réanalyse pour la période 1980-2010 et projection pour la période 2070-2100 afin de tenir compte des effets du changement climatique.

L’activité de modélisation effectuée par les différents partenaires du projet vise à nourrir une plateforme informatique de modélisation hydrodynamique pour les Caraïbes. Celle-ci a l’objectif d’améliorer les connaissances en matière de : circulation 3D des masses d’eau de la région, en détaillant le rôle des structures tourbillonnaires (< 30 km) dans le contrôle des propriétés hydrologiques à proximité des îles de la Caraïbe ; ainsi que d’évaluation des expositions des régions côtières à l’impact des événements extrêmes comme les cyclones et les tsunamis.

Ce travail de modélisation s’est intéressé à l’échelle spatiale régionale de la Mer des Caraïbes, ainsi que à celle plus locale des Antilles Françaises (Guadeloupev Martinique et Saint-Martin), dans les deux échéances temporelles de la réanalyse (climat passé et actuel) et des projections climatiques pour la fin du siècle (2070-2100), et ceci afin de prendre en compte les effets dus au changement climatique.

En particulier, les travaux de modélisation réalisés sont :

• IFREMER-ACTIMAR : la simulation de la circulation régionale et de la qualité de l’eau autour des îles de Martinique et Guadeloupe. 5 année de hindcast (2016-2020) ont été calculés en utilisant le modèle MARS3D. Les données produites, disponibles sur la plateforme web et téléchargeables en format NETCDF, ont une résolution temporelle de 3 heures et spatiale de 500m sur grille structurée. Les variables disponibles sont les suivantes : vitesse et direction des courants 3D, température, salinité, niveau de la mer.

• LOCEAN : Une plate-forme de modélisation hydrodynamique utilisant le code NEMO a été développée pour améliorer la connaissance de la circulation 3D dans la région, et en particulier détailler le rôle des structures tourbillonnaires (<30 km) dans le contrôle des propriétés hydrologiques aà proximiteé des îles de la Caraïbe. Pour commencer, nous avons développé une configuration régionale à résolution 10km environ, pour déterminer la sensibilité aux forçages atmosphériques au cours des 10 dernières années (DFS vs ERA5). Nous avons ensuite raffiné la résolution spatiale autour des petites Antilles, jusqu’à 3km environ (zone en rouge sur la figure ci-dessous), pour mieux représenter les processus de méso-échelle dans l’archipel, et comparer les simulations aux observations disponibles. Les spectres de variabilité pour les courants océaniques  sont très similaires à ceux des mesures par ADCPs, ce qui indique que les processus locaux sont bien représentés par ce modèle. Mais les événements individuels, comme les anomalies de niveau de la mer se propageant du sud vers le nord, à l’est de l’archipel, ne sont pas représentés au bon moment / endroit en raison du manque d’assimilation des données, et nous avons du mal à identifier les avantages d’une augmentation de la résolution spatiale (autre que de représenter la bathymétrie autour des îles avec plus de précision). Enfin, nous avons produit des simulations du climat futur, à l’horizon 2100, pour explorer l’impact du changement climatique sur les conditions hydrodynamiques locales. Ces projections, qui ont été réalisées avec un modèle régional couple, océan + atmosphère, de résolution 25km, sont à comparer avec leurs semblables pour le climat actuel. Une dernière configuration est en cours de développement, pour atteindre la resolution 1km autour des l’archipel des petites Antilles (zone en vert sur figure 1).

Les documents téléchargeables sont les suivants :

• Données hydrodynamiques haute résolution (3km, échantillonnage tous les 5 jours) pour l’archipel des petites Antilles, pour l’année 2017 : température, salinité et courants en surface, élévation du niveau de la mer, température, salinité et courants à 100m de profondeur
• Données hydrodynamiques moyenne résolution (10km, échantillonnage tous les 5 jours) pour la mer des Caraïbes, pour l’année 2017 : température, salinité et courants en surface, élévation du niveau de la mer, température, salinité et courants a 100m de profondeur
• Données hydrodynamiques basse résolution (25km, échantillonnage tous les mois) pour la mer des Caraïbes, pour les périodes 2001-2015 et 2086-2100 (selon scenario RCP8.5)

• BRGM : L’estimation des vagues et surcotes générés par le passage des cyclones, avec calcul de la période de retour centennale et probabilité conjointe, dans le climat actuel et futur (horizon 2100). Parmi les centaines de simulations réalisées, la plateforme digitale permet d’avoir accès aux résultats les plus représentatifs, avec notamment quelques cas historiques (Irma, Hugo, Dean, …) utilisés pour la validation. Les cartes des valeurs maximales atteints par vagues et surcotes sont aussi disponibles, ainsi que les carte du période de retour centennale pour l’élévation de la surcote, la hauteur significative des vagues, la période et la direction du pic. Il est également possible extraire les signaux temporels des variables indiquées dans le domaine de calcul, pour les scenarios disponibles.

L’évaluation des niveaux d’eau et des temps d’arrivée pour les tsunamis. Des centaines de scenarios établis dans le cadre de l’hypothèse du « pire cas crédible » impactant les Caraïbes ont été simulés en considérant différentes sources sismiques tsunamigéniques et géométries de rupture . L’ensemble des scenarios a permis la création des cartes d’exposition, qui montrent pour chaque point de la côte, le scenario plus impactant, le niveau d’eau maximale atteint et le temps d’arrivée. Ces cartes sont disponibles sur la plateforme web, avec les données (en terme du niveau d’eau) des scenarios plus impactant par secteur.

Les simulations ont été réalisées à l’échelle spatiale des Caraïbes, à l’aide du modèle UHAINA, sur maillage non-structuré avec résolution à la côte variable entre 300m (aux Antilles Françaises) et 1km (Jamaica, Trinidad & Tobago, Puerto Rico). Un rapport d’activité a été produit par chaque partenaire. Il décrit les détails des travaux de simulations réalisés et il est disponible sur la plateforme web.

Pour en savoir plus, cliquez sur le rapport technique sur la modélisation de la circulation 3D des masses d’eau

Dans le cadre du projet CARIB-COAST, NortekMed a été mandaté par le BRGM pour réaliser une campagne de mesures de courant et de houle autour de la Guadeloupe et de la Martinique. Ces données ont pour but de mieux caractériser le fonctionnement hydrodynamique autour de ces îles. Pour cela, 12 instruments Nortek de type Signature 500 ont été déployés durant 100 jours, avec 6 Signatures 500 autour de chaque île. Les capteurs ont été posés entre le 19 et le 29 août 2020, puis récupérés entre le 6 et le 14 décembre 2020. Ce rapport présente les données collectées durant la période de mesure. Retrouvez le rapport ICI